為了(le)探究(jiu)倒刺(ci)角度、個數(shù)(shu)和層數(shù)對(dui)于微針穿(chuan)刺力和拔出(chu)力的(de)影響，我們(men)采用(yong)Universal TA質(zhì)構儀(yi)設備模(mo)擬微針(zhen)插入(ru)敷料中(zhong)的實驗(yan)（見圖3-8），微針(zhen)被固定在探(tan)頭上(shang)，對準平臺的(de)敷料模(mo)型，以1 mm/s 的速度(du)向下移動直至(zhi)wanquan插入到(dao)水凝膠(jiao)中，再以同(tong)樣的速度向(xiang)上拔出，每次測(ce)試重復三次(ci)，得到(dao)應力與位移的(de)曲線關系(xi)。為了(le)探究出zuiyou的微針(zhen)結構(gou)，我們對不(bu)同倒刺角度的(de)微針進行(xing)了該機械性能(neng)測試。其中(zhong)，敷料模(mo)型采用了(le)5%的瓊脂糖水(shui)凝膠制作(zuo)，其具有一定(ding)的硬度、彈性模(mo)量等(deng)特性，適(shi)合模(mo)擬一(yi)些常用敷料(liao)的機(ji)械響應，此外，透(tou)明性(xing)的水(shui)凝膠也(ye)便于觀察穿(chuan)刺的過(guo)程和結(jie)果，是微針研究(jiu)中常用的(de)測試模型(xing)。

圖3-8 機械性(xing)能實驗示(shi)意圖

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針(zhen)的應力測(ce)試

探究了不同(tong)倒刺角(jiao)度微針的(de)穿刺力和拔出(chu)力，得到了應(ying)力與位移(yi)關系的曲線圖(tu)。為了體現(xiàn)出(chu)倒刺(ci)的黏附力特性(xing)，計算了(le)二者之間(jian)的差值，結果(guo)如下圖(tu)所示。

圖3-9 不同(tong)倒刺角度的應(ying)力-位移曲(qu)線圖以及差(cha)值。(a)不(bu)同倒(dao)刺角度刺入(ru)力-位移曲(qu)線；(b)不同倒刺角(jiao)度的(de)拔出(chu)力-位(wei)移曲線；(c)拔出(chu)力與刺入力(li)的差(cha)值

由3-9(a)(b)可以看出， 隨(sui)著倒刺(ci)角度的增加，穿(chuan)刺力和拔出(chu)力都隨(sui)之增大，呈現(xiàn)出(chu)明顯的(de)正相關。當(dang)倒刺(ci)角度為30°時，穿刺(ci)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，穿刺力為(wei)1.7±002 N，拔出力為(wei)1.98±003N，差值(zhi)約為0.28 N；當角度(du)為60°時，穿刺(ci)力為(wei)2.55±004 N，拔出力為(wei)2.58±003 N，差值(zhi)約為0.03 N。將每(mei)個角度(du)的差值繪(hui)制成點線圖可(ke)以看出，向(xiang)下的(de)倒刺可以提(ti)高微針的黏(nian)附力(li)，但隨著角度的(de)增加，拔(ba)出力與(yu)刺入力的差值(zhi)會呈現(xiàn)先增大(da)后減小的(de)趨勢，考(kao)慮到(dao)因為(wei)角度過(guo)大時，倒刺幾乎(hu)成水平(ping)角度，更難刺入(ru)。在45°時，其(qi)差值比30°和60°分(fen)別提高了3.9 倍和(he)9.3 倍左右(you)。根據(jù)以上(shang)的結(jie)論，我們最(zui)終選取(qu)了45°的倒刺微針(zhen)作為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同倒刺個數(shù)(shu)微針的應力(li)測試(shi)

我們設計(ji)了無倒(dao)刺、1 個倒(dao)刺、3 個倒刺(ci)和6 個倒刺的(de)微針(zhen)，倒刺(ci)角度均為45°，并(bing)同樣(yang)采用(yong)質(zhì)構儀(yi)測試其拉應力(li)和拔(ba)出力，結(jie)果如圖3-10 所示。

圖3-10 不同個數(shù)倒(dao)刺微針的機(ji)械性(xing)能測試。(a)不同倒(dao)刺個數(shù)微針(zhen)模型； (b)不同(tong)倒刺個數(shù)(shu)的應(ying)力-位移曲線(xian)

對于普(pu)通錐形微針而(er)言，其(qi)拔出力約(yue)為0.53 N，1 個(ge)倒刺(ci)的拔出(chu)力約為0.80 N，3 個倒刺(ci)的拔(ba)出力約為1.23N，而具(ju)有6 個倒刺的微(wei)針拔出力達到(dao)了1.37 N?？梢钥?kan)出，隨著(zhe)倒刺個(ge)數(shù)的增加(jia)，不斷提(ti)高了微針的黏(nian)附力的特性(xing)，6 個倒刺(ci)對比1 個倒刺拔(ba)出力提高(gao)了約2.6 倍。同時從(cong)圖中可以(yi)看出(chu)，刺入(ru)力也(ye)有了相應(ying)的增(zeng)加，也證明(ming)了多個倒(dao)刺提(ti)升了(le)微針的(de)斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同(tong)倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)的應力測(ce)試

為了(le)探究不同(tong)層數(shù)(shu)對于(yu)微針應力的影(ying)響，我們用(yong)軟件分別設(she)計了一(yi)層倒刺和兩層(ceng)倒刺的微針，由(you)于在上個實驗(yan)中已經(jīng)得(de)到了6 個(ge)倒刺(ci)具有最(zui)佳的性(xing)能，因此(ci)在本次實驗(yan)中每層也設(she)計了(le)6 個倒刺，分別(bie)測試其穿刺(ci)力和拔出力(li)，結果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)倒(dao)刺微(wei)針機(ji)械性能測試。(a)不(bu)同倒刺(ci)層數(shù)微針(zhen)模型；(b)不同(tong)倒刺層數(shù)的應(ying)力-位移曲線(xian)

由數(shù)據(jù)可知，一(yi)層倒(dao)刺的拔出(chu)力為1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔出力(li)為1.98 N，提升了0.71 N。可(ke)以看出，隨著倒(dao)刺層數(shù)的增(zeng)加，同樣也提(ti)高了(le)微針的(de)黏附力，兩層(ceng)的倒(dao)刺能夠(gou)幫助微針更好(hao)地與傷口敷(fu)料貼合，增(zeng)加了監(jiān)(jian)測的穩(wěn)定性。

參考文獻：付(fu)欣雨：3D 打印(yin)微針(zhen)電極及其生物(wu)傳感(gan)應用研究(jiu)。碩士學位(wei)論文，2025年