為了探究(jiu)倒刺(ci)角度、個(gè)(ge)數(shù)和(he)層數(shù)對(duì)于(yu)微針(zhen)穿刺力和拔出(chu)力的影響，我們(men)采用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)(she)備模(mo)擬微針(zhen)插入敷(fu)料中的實(shí)驗(yàn)(yan)（見(jiàn)圖3-8），微針被固(gu)定在(zai)探頭(tou)上，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)(tai)的敷料模(mo)型，以1 mm/s 的速度(du)向下移(yi)動(dòng)直至wanquan插(cha)入到(dao)水凝膠(jiao)中，再以同樣的(de)速度向上拔出(chu)，每次測(cè)試重復(fù)(fu)三次，得到應(yīng)(ying)力與位移(yi)的曲線(xian)關(guān)系。為(wei)了探究出zuiyou的微(wei)針結(jié)(jie)構(gòu)，我們對(duì)不(bu)同倒刺角度的(de)微針進(jìn)行了(le)該機(jī)械(xie)性能測(cè)(ce)試。其(qi)中，敷料模型采(cai)用了5%的瓊(qiong)脂糖水凝膠(jiao)制作(zuo)，其具有一(yi)定的硬度(du)、彈性模量等特(te)性，適合模擬一(yi)些常用敷料的(de)機(jī)械響應(yīng)，此外(wai)，透明性的水(shui)凝膠也便于(yu)觀察穿刺的(de)過(guò)程和(he)結(jié)果，是(shi)微針研究中(zhong)常用的測(cè)試模(mo)型。

圖3-8 機(jī)械性(xing)能實(shí)驗(yàn)示意(yi)圖

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針的應(yīng)力測(cè)(ce)試

探究了不同倒(dao)刺角度微針(zhen)的穿刺力(li)和拔(ba)出力，得到(dao)了應(yīng)(ying)力與位(wei)移關(guān)(guan)系的曲線(xian)圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒刺的黏(nian)附力特性，計(jì)算(suan)了二者(zhe)之間的差值(zhi)，結(jié)果(guo)如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒刺(ci)角度的(de)應(yīng)力-位移曲(qu)線圖以及差(cha)值。(a)不同倒(dao)刺角度刺入(ru)力-位(wei)移曲(qu)線；(b)不同倒(dao)刺角度的(de)拔出力-位移曲(qu)線；(c)拔出(chu)力與刺入力(li)的差(cha)值

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著倒刺角(jiao)度的(de)增加，穿刺(ci)力和(he)拔出力都(dou)隨之增大，呈現(xiàn)(xian)出明顯的正相(xiang)關(guān)。當(dāng)(dang)倒刺角度(du)為30°時(shí)(shi)，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為(wei)1.64±0.002 N，差值約為(wei)0.071 N；45°時(shí)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度(du)為60°時(shí)(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值(zhi)約為0.03 N。將每個(gè)角(jiao)度的差值繪制(zhi)成點(diǎn)(dian)線圖可以看出(chu)，向下的倒刺(ci)可以提高微(wei)針的黏(nian)附力，但(dan)隨著角度的增(zeng)加，拔出力與(yu)刺入力的(de)差值會(huì)(hui)呈現(xiàn)先(xian)增大后減(jian)小的(de)趨勢(shì)，考(kao)慮到因?yàn)?wei)角度過(guò)大(da)時(shí)，倒(dao)刺幾乎成水(shui)平角度，更難刺(ci)入。在45°時(shí)，其差值(zhi)比30°和60°分別提(ti)高了3.9 倍和9.3 倍左(zuo)右。根據(jù)以上的(de)結(jié)論(lun)，我們最終選(xuan)取了45°的倒(dao)刺微(wei)針作為后續(xù)(xu)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力測(cè)(ce)試

我們?cè)O(shè)計(jì)(ji)了無(wú)倒刺(ci)、1 個(gè)倒(dao)刺、3 個(gè)倒(dao)刺和6 個(gè)倒(dao)刺的(de)微針，倒刺(ci)角度均為45°，并同(tong)樣采(cai)用質(zhì)構(gòu)儀(yi)測(cè)試(shi)其拉應(yīng)(ying)力和拔出(chu)力，結(jié)果如(ru)圖3-10 所示。

圖3-10 不同個(gè)(ge)數(shù)倒(dao)刺微針(zhen)的機(jī)(ji)械性(xing)能測(cè)(ce)試。(a)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針模型(xing)； (b)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

對(duì)于普(pu)通錐形微(wei)針而(er)言，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒(dao)刺的拔出(chu)力約為(wei)0.80 N，3 個(gè)倒刺的拔(ba)出力約為(wei)1.23N，而具有6 個(gè)倒刺(ci)的微針(zhen)拔出力達(dá)(da)到了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著(zhe)倒刺個(gè)數(shù)的(de)增加，不斷提高(gao)了微針的黏(nian)附力的特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)(dui)比1 個(gè)倒(dao)刺拔出力提高(gao)了約2.6 倍。同時(shí)從(cong)圖中(zhong)可以看(kan)出，刺入力也有(you)了相應(yīng)的增(zeng)加，也證(zheng)明了多個(gè)倒(dao)刺提升了微針(zhen)的斷裂力。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層數(shù)(shu)微針的(de)應(yīng)力(li)測(cè)試(shi)

為了探究不同(tong)層數(shù)對(duì)于微針(zhen)應(yīng)力的(de)影響，我們(men)用軟件分別(bie)設(shè)計(jì)了一層倒(dao)刺和(he)兩層倒刺的(de)微針(zhen)，由于在上(shang)個(gè)實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)(jing)得到了6 個(gè)倒刺(ci)具有(you)最佳的性(xing)能，因此在本次(ci)實(shí)驗(yàn)中每層也(ye)設(shè)計(jì)了(le)6 個(gè)倒刺，分別測(cè)(ce)試其穿刺力和(he)拔出力(li)，結(jié)果如圖3-11 所(suo)示。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒(dao)刺微針機(jī)械性(xing)能測(cè)試(shi)。(a)不同倒刺層(ceng)數(shù)微針模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)的(de)應(yīng)力-位(wei)移曲線

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一層倒(dao)刺的拔出(chu)力為1.37 N，二層倒(dao)刺的拔(ba)出力(li)為1.98 N，提(ti)升了(le)0.71 N?？梢钥?kan)出，隨著倒(dao)刺層數(shù)的(de)增加，同樣也(ye)提高了微(wei)針的黏附力，兩(liang)層的倒刺能(neng)夠幫助微針更(geng)好地與(yu)傷口敷料(liao)貼合(he)，增加了監(jiān)測(cè)的(de)穩(wěn)定性。

參考(kao)文獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打印微(wei)針電極及(ji)其生物傳感(gan)應(yīng)用研(yan)究。碩士學(xué)位論(lun)文，2025年