為了探究倒刺(ci)角度、個(gè)數(shù)和層(ceng)數(shù)對(duì)于微針穿(chuan)刺力和拔(ba)出力的影響(xiang)，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)備(bei)模擬微針(zhen)插入敷料中的(de)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)(jian)圖3-8），微針(zhen)被固定在(zai)探頭上，對(duì)(dui)準(zhǔn)平(ping)臺(tái)的(de)敷料模型，以(yi)1 mm/s 的速度(du)向下移動(dòng)直(zhi)至wanquan插入到水凝(ning)膠中(zhong)，再以同樣的(de)速度向(xiang)上拔出(chu)，每次測(cè)試重復(fù)(fu)三次，得(de)到應(yīng)力(li)與位(wei)移的曲(qu)線關(guān)系。為了探(tan)究出zuiyou的(de)微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們(men)對(duì)不同倒(dao)刺角度的微針(zhen)進(jìn)行了(le)該機(jī)械性能(neng)測(cè)試(shi)。其中，敷(fu)料模型采用(yong)了5%的(de)瓊脂糖(tang)水凝膠制作，其(qi)具有一(yi)定的(de)硬度、彈性模量(liang)等特性，適(shi)合模擬一(yi)些常用(yong)敷料的機(jī)械響(xiang)應(yīng)，此外，透(tou)明性的水(shui)凝膠也便于(yu)觀察穿(chuan)刺的過(guò)程和(he)結(jié)果，是(shi)微針研(yan)究中常用(yong)的測(cè)試(shi)模型。

圖3-8 機(jī)械性能實(shí)(shi)驗(yàn)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺角度(du)微針的(de)應(yīng)力(li)測(cè)試

探究了不同(tong)倒刺角度微(wei)針的穿刺力(li)和拔(ba)出力，得(de)到了應(yīng)力與(yu)位移關(guān)系(xi)的曲(qu)線圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒刺(ci)的黏附(fu)力特性，計(jì)(ji)算了二者(zhe)之間的(de)差值，結(jié)(jie)果如下(xia)圖所示(shi)。

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

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著(zhe)倒刺角度的(de)增加(jia)，穿刺(ci)力和拔出(chu)力都(dou)隨之增大，呈(cheng)現(xiàn)出(chu)明顯的正(zheng)相關(guān)。當(dāng)?shù)?dao)刺角度(du)為30°時(shí)，穿刺力為(wei)1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時(shí)，穿(chuan)刺力為1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差(cha)值約(yue)為0.28 N；當(dāng)(dang)角度為60°時(shí)，穿刺(ci)力為2.55±004 N，拔出力為(wei)2.58±003 N，差值(zhi)約為(wei)0.03 N。將每個(gè)角(jiao)度的差值繪制(zhi)成點(diǎn)線圖可以(yi)看出，向下的(de)倒刺可(ke)以提高微針的(de)黏附力，但隨(sui)著角度(du)的增加，拔出力(li)與刺入力的差(cha)值會(huì)呈(cheng)現(xiàn)先增大后減(jian)小的趨勢(shì)，考慮(lv)到因?yàn)榻?jiao)度過(guò)大時(shí)(shi)，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(bie)提高了3.9 倍和(he)9.3 倍左右。根據(jù)以(yi)上的結(jié)論(lun)，我們(men)最終選取了(le)45°的倒(dao)刺微針作為后(hou)續(xù)的研究。

3.2.2.2 不同倒刺個(gè)(ge)數(shù)微(wei)針的(de)應(yīng)力測(cè)試

我們?cè)O(shè)計(jì)了(le)無(wú)倒(dao)刺、1 個(gè)倒(dao)刺、3 個(gè)倒刺和(he)6 個(gè)倒刺(ci)的微針，倒刺角(jiao)度均為45°，并(bing)同樣采用質(zhì)構(gòu)(gou)儀測(cè)試其(qi)拉應(yīng)力(li)和拔(ba)出力，結(jié)(jie)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同(tong)個(gè)數(shù)倒刺微針(zhen)的機(jī)械性能(neng)測(cè)試。(a)不同倒刺(ci)個(gè)數(shù)微針模型(xing)； (b)不同倒(dao)刺個(gè)(ge)數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移曲(qu)線

對(duì)于普通(tong)錐形微針(zhen)而言(yan)，其拔出力約(yue)為0.53 N，1 個(gè)倒刺的拔(ba)出力(li)約為0.80 N，3 個(gè)倒刺(ci)的拔出力約為(wei)1.23N，而具(ju)有6 個(gè)倒刺的微(wei)針拔出(chu)力達(dá)到了1.37 N。可以(yi)看出(chu)，隨著倒刺個(gè)(ge)數(shù)的(de)增加，不斷(duan)提高了微(wei)針的(de)黏附力(li)的特性，6 個(gè)倒(dao)刺對(duì)(dui)比1 個(gè)倒刺拔(ba)出力提高(gao)了約2.6 倍。同時(shí)(shi)從圖(tu)中可(ke)以看出，刺入(ru)力也有了(le)相應(yīng)的(de)增加，也證(zheng)明了多(duo)個(gè)倒(dao)刺提升了(le)微針的斷裂力(li)。

3.2.2.3 不同倒刺(ci)層數(shù)微針的應(yīng)(ying)力測(cè)(ce)試

為了(le)探究不同層(ceng)數(shù)對(duì)于微針(zhen)應(yīng)力的(de)影響(xiang)，我們(men)用軟件分別設(shè)(she)計(jì)了一層倒刺(ci)和兩層倒刺(ci)的微針，由(you)于在上個(gè)實(shí)(shi)驗(yàn)中已經(jīng)得到(dao)了6 個(gè)倒刺具(ju)有最(zui)佳的性能(neng)，因此在本(ben)次實(shí)驗(yàn)(yan)中每層也設(shè)(she)計(jì)了6 個(gè)(ge)倒刺，分別(bie)測(cè)試其(qi)穿刺力和拔出(chu)力，結(jié)果如圖(tu)3-11 所示(shi)。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)(shu)倒刺微(wei)針機(jī)械(xie)性能(neng)測(cè)試。(a)不同倒(dao)刺層數(shù)微(wei)針模型；(b)不(bu)同倒刺(ci)層數(shù)的應(yīng)力(li)-位移曲線(xian)

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一層(ceng)倒刺的(de)拔出力為(wei)1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.98 N，提升了(le)0.71 N?？梢钥闯?，隨著(zhe)倒刺(ci)層數(shù)的增加(jia)，同樣也提(ti)高了(le)微針的黏(nian)附力，兩層的(de)倒刺能夠(gou)幫助微針(zhen)更好(hao)地與(yu)傷口敷料(liao)貼合(he)，增加了監(jiān)測(cè)的(de)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)(xian)：付欣雨：3D 打印微(wei)針電極及(ji)其生物(wu)傳感應(yīng)用研(yan)究。碩士學(xué)位(wei)論文，2025年(nian)