為了探究(jiu)倒刺角度(du)、個(gè)數(shù)(shu)和層數(shù)對(duì)(dui)于微針穿(chuan)刺力和拔出力(li)的影響，我們(men)采用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)(she)備模擬微針插(cha)入敷(fu)料中的實(shí)驗(yàn)(yan)（見(jiàn)圖3-8），微針被(bei)固定在探頭(tou)上，對(duì)(dui)準(zhǔn)平臺(tái)的敷(fu)料模型，以1 mm/s 的(de)速度向下移(yi)動(dòng)直至wanquan插入(ru)到水凝膠中，再(zai)以同樣的(de)速度(du)向上拔出，每次(ci)測(cè)試重(zhong)復(fù)三次，得到應(yīng)(ying)力與位移的(de)曲線(xiàn)關(guān)系(xi)。為了探(tan)究出zuiyou的(de)微針(zhen)結(jié)構(gòu)，我們對(duì)(dui)不同倒刺角度(du)的微針(zhen)進(jìn)行了該機(jī)(ji)械性能測(cè)試(shi)。其中，敷料(liao)模型(xing)采用了5%的(de)瓊脂(zhi)糖水(shui)凝膠制作，其具(ju)有一(yi)定的硬度、彈(dan)性模量等(deng)特性(xing)，適合模擬一些(xie)常用敷料(liao)的機(jī)械(xie)響應(yīng)，此外，透(tou)明性的(de)水凝(ning)膠也便于觀察(cha)穿刺(ci)的過(guò)程和(he)結(jié)果，是微針研(yan)究中常用(yong)的測(cè)(ce)試模型(xing)。

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

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微針的應(yīng)力(li)測(cè)試

探究(jiu)了不(bu)同倒(dao)刺角度(du)微針的穿刺力(li)和拔出(chu)力，得到了應(yīng)力(li)與位移關(guān)(guan)系的曲線(xiàn)圖(tu)。為了(le)體現(xiàn)(xian)出倒刺的黏(nian)附力特性，計(jì)算(suan)了二(er)者之間(jian)的差值，結(jié)(jie)果如下圖所示(shi)。

圖3-9 不(bu)同倒刺角度的(de)應(yīng)力-位(wei)移曲線(xiàn)圖以及(ji)差值。(a)不同倒刺(ci)角度(du)刺入力(li)-位移曲(qu)線(xiàn)；(b)不同倒(dao)刺角度的拔出(chu)力-位移(yi)曲線(xiàn)；(c)拔出力(li)與刺入(ru)力的差值

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著倒(dao)刺角度(du)的增加，穿(chuan)刺力(li)和拔出(chu)力都(dou)隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的(de)正相關(guān)。當(dāng)?shù)勾?ci)角度為30°時(shí)，穿(chuan)刺力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值約(yue)為0.071 N；45°時(shí)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差(cha)值約為0.28 N；當(dāng)(dang)角度為60°時(shí)(shi)，穿刺力為(wei)2.55±004 N，拔出力為(wei)2.58±003 N，差值約為0.03 N。將每(mei)個(gè)角度的差(cha)值繪制(zhi)成點(diǎn)線(xiàn)圖可(ke)以看(kan)出，向下的(de)倒刺(ci)可以提高微(wei)針的黏附力(li)，但隨(sui)著角度(du)的增加，拔(ba)出力與(yu)刺入力的差值(zhi)會(huì)呈現(xiàn)(xian)先增大后減(jian)小的趨勢(shì)，考(kao)慮到因?yàn)榻?jiao)度過(guò)大(da)時(shí)，倒刺幾乎(hu)成水平角度(du)，更難刺入(ru)。在45°時(shí)，其差值(zhi)比30°和60°分別提(ti)高了(le)3.9 倍和9.3 倍(bei)左右(you)。根據(jù)(ju)以上的結(jié)論，我(wo)們最終選取(qu)了45°的倒刺(ci)微針作(zuo)為后續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同倒刺個(gè)數(shù)(shu)微針的應(yīng)力(li)測(cè)試

我們?cè)O(shè)(she)計(jì)了無(wú)倒刺、1 個(gè)(ge)倒刺、3 個(gè)(ge)倒刺和6 個(gè)倒刺(ci)的微針，倒(dao)刺角度均(jun)為45°，并同樣采用(yong)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試其(qi)拉應(yīng)(ying)力和拔出(chu)力，結(jié)(jie)果如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不同個(gè)(ge)數(shù)倒刺(ci)微針(zhen)的機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不(bu)同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針模型(xing)； (b)不同(tong)倒刺個(gè)數(shù)的(de)應(yīng)力-位(wei)移曲(qu)線(xiàn)

對(duì)于普(pu)通錐(zhui)形微針(zhen)而言，其(qi)拔出力(li)約為(wei)0.53 N，1 個(gè)倒刺的(de)拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(gè)倒刺的(de)拔出力約為(wei)1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的微(wei)針拔出(chu)力達(dá)到(dao)了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著倒(dao)刺個(gè)數(shù)(shu)的增加，不斷(duan)提高了(le)微針(zhen)的黏附力的特(te)性，6 個(gè)倒刺對(duì)比(bi)1 個(gè)倒(dao)刺拔出力提高(gao)了約2.6 倍(bei)。同時(shí)從圖中(zhong)可以看出(chu)，刺入力也有了(le)相應(yīng)(ying)的增加，也證(zheng)明了多個(gè)倒(dao)刺提(ti)升了微(wei)針的(de)斷裂力。

3.2.2.3 不同倒刺層數(shù)(shu)微針(zhen)的應(yīng)力測(cè)試(shi)

為了探究不(bu)同層(ceng)數(shù)對(duì)(dui)于微針應(yīng)力的(de)影響(xiang)，我們用軟(ruan)件分別設(shè)(she)計(jì)了一層(ceng)倒刺(ci)和兩層倒刺(ci)的微針(zhen)，由于在(zai)上個(gè)(ge)實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)得(de)到了6 個(gè)倒刺具(ju)有最佳的性(xing)能，因此在本次(ci)實(shí)驗(yàn)中每層也(ye)設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)倒(dao)刺，分(fen)別測(cè)(ce)試其(qi)穿刺力和拔出(chu)力，結(jié)果如圖3-11 所(suo)示。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒刺微(wei)針機(jī)械性能測(cè)(ce)試。(a)不同(tong)倒刺層(ceng)數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同倒(dao)刺層數(shù)的應(yīng)力(li)-位移曲線(xiàn)

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.37 N，二層倒刺的(de)拔出力為(wei)1.98 N，提升了0.71 N。可以(yi)看出，隨(sui)著倒刺(ci)層數(shù)的增(zeng)加，同樣也提高(gao)了微針的黏附(fu)力，兩層的倒(dao)刺能夠(gou)幫助微針(zhen)更好地與傷(shang)口敷料貼(tie)合，增(zeng)加了監(jiān)(jian)測(cè)的穩(wěn)定(ding)性。

參考(kao)文獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打(da)印微針(zhen)電極及(ji)其生物傳感應(yīng)(ying)用研究(jiu)。碩士學(xué)位(wei)論文，2025年