為了探究倒(dao)刺角度、個(gè)數(shù)(shu)和層數(shù)對(duì)于微(wei)針穿刺力和(he)拔出(chu)力的影響，我(wo)們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)(she)備模擬(ni)微針插入敷(fu)料中的實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)(jian)圖3-8），微針被固(gu)定在探頭(tou)上，對(duì)(dui)準(zhǔn)平臺(tái)(tai)的敷料模(mo)型，以(yi)1 mm/s 的速度向下(xia)移動(dòng)直(zhi)至wanquan插入到水凝(ning)膠中，再以同樣(yang)的速度(du)向上(shang)拔出，每次測(cè)(ce)試重復(fù)(fu)三次，得到(dao)應(yīng)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)構(gòu)，我(wo)們對(duì)不同倒刺(ci)角度的微針(zhen)進(jìn)行了該機(jī)械(xie)性能(neng)測(cè)試。其中，敷(fu)料模型采用了(le)5%的瓊脂糖(tang)水凝膠制作(zuo)，其具有(you)一定的硬(ying)度、彈性模量(liang)等特性，適(shi)合模擬一(yi)些常(chang)用敷料的機(jī)械(xie)響應(yīng)(ying)，此外，透明性(xing)的水凝(ning)膠也便(bian)于觀察穿刺的(de)過(guò)程(cheng)和結(jié)果，是(shi)微針研究中常(chang)用的測(cè)(ce)試模型。

圖3-8 機(jī)械性(xing)能實(shí)驗(yàn)示(shi)意圖

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

探究了不同(tong)倒刺角度(du)微針的穿(chuan)刺力和拔出(chu)力，得到了應(yīng)力(li)與位移關(guān)系(xi)的曲線圖。為了(le)體現(xiàn)出倒(dao)刺的黏附力(li)特性，計(jì)(ji)算了(le)二者(zhe)之間的差(cha)值，結(jié)果如(ru)下圖所示。

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

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著(zhe)倒刺角(jiao)度的(de)增加，穿刺力(li)和拔(ba)出力都隨之增(zeng)大，呈現(xiàn)(xian)出明顯的(de)正相關(guān)(guan)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度為(wei)30°時(shí)，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)(shi)，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dāng)角(jiao)度為60°時(shí)，穿(chuan)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)(ge)角度的(de)差值繪(hui)制成點(diǎn)線(xian)圖可以看(kan)出，向下(xia)的倒刺可(ke)以提高(gao)微針(zhen)的黏附力，但(dan)隨著(zhe)角度的增加(jia)，拔出力與刺(ci)入力的差值(zhi)會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先增(zeng)大后減小的(de)趨勢(shì)，考慮到因(yin)為角度過(guò)大時(shí)(shi)，倒刺幾乎(hu)成水(shui)平角度，更難刺(ci)入。在(zai)45°時(shí)，其差值比(bi)30°和60°分(fen)別提高了3.9 倍和(he)9.3 倍左右。根據(jù)以(yi)上的(de)結(jié)論，我們(men)最終選取了(le)45°的倒(dao)刺微針作為(wei)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)(ying)力測(cè)(ce)試

我們(men)設(shè)計(jì)了無(wú)(wu)倒刺、1 個(gè)(ge)倒刺、3 個(gè)倒刺和(he)6 個(gè)倒刺的微針(zhen)，倒刺(ci)角度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)試(shi)其拉(la)應(yīng)力和拔(ba)出力，結(jié)果如(ru)圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不(bu)同個(gè)數(shù)(shu)倒刺(ci)微針的(de)機(jī)械性能測(cè)試(shi)。(a)不同倒(dao)刺個(gè)數(shù)微針(zhen)模型(xing)； (b)不同倒刺個(gè)(ge)數(shù)的應(yīng)力-位(wei)移曲線

對(duì)于(yu)普通錐形微針(zhen)而言，其拔出(chu)力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒(dao)刺的拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約(yue)為1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的(de)微針拔出力達(dá)(da)到了1.37 N。可(ke)以看出，隨(sui)著倒刺(ci)個(gè)數(shù)的增(zeng)加，不斷提高了(le)微針的(de)黏附力的(de)特性(xing)，6 個(gè)倒刺對(duì)(dui)比1 個(gè)倒(dao)刺拔出力(li)提高(gao)了約2.6 倍(bei)。同時(shí)從(cong)圖中(zhong)可以看出，刺(ci)入力也有(you)了相應(yīng)的(de)增加，也證明了(le)多個(gè)倒(dao)刺提(ti)升了微針(zhen)的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺層(ceng)數(shù)微(wei)針的應(yīng)力測(cè)試(shi)

為了(le)探究(jiu)不同層(ceng)數(shù)對(duì)于微針應(yīng)(ying)力的影響，我們(men)用軟件分別(bie)設(shè)計(jì)(ji)了一層倒(dao)刺和兩層(ceng)倒刺的微針(zhen)，由于(yu)在上(shang)個(gè)實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)(jing)得到了6 個(gè)(ge)倒刺具(ju)有最佳的(de)性能(neng)，因此在本(ben)次實(shí)(shi)驗(yàn)中(zhong)每層也設(shè)計(jì)(ji)了6 個(gè)(ge)倒刺，分(fen)別測(cè)試其穿(chuan)刺力和拔(ba)出力，結(jié)果如(ru)圖3-11 所示(shi)。

圖3-11 不同層(ceng)數(shù)倒刺微針機(jī)(ji)械性能測(cè)試。(a)不(bu)同倒刺層數(shù)(shu)微針(zhen)模型；(b)不(bu)同倒刺層數(shù)的(de)應(yīng)力-位移曲線(xian)

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒刺的拔出(chu)力為1.37 N，二層倒刺(ci)的拔出力為1.98 N，提(ti)升了0.71 N?？?ke)以看出，隨著(zhe)倒刺層數(shù)(shu)的增加，同樣也(ye)提高了(le)微針的黏(nian)附力(li)，兩層的倒(dao)刺能夠幫(bang)助微針(zhen)更好地與傷口(kou)敷料貼(tie)合，增加了監(jiān)(jian)測(cè)的穩(wěn)定(ding)性。

參考文(wen)獻(xiàn)：付欣(xin)雨：3D 打印(yin)微針電極及(ji)其生(sheng)物傳(chuan)感應(yīng)用(yong)研究。碩士(shi)學(xué)位(wei)論文，2025年