為了探究倒(dao)刺角度、個數(shù)(shu)和層數(shù)對于(yu)微針穿刺力(li)和拔(ba)出力(li)的影(ying)響，我們采用(yong)Universal TA質構儀設(she)備模擬微(wei)針插入敷料中(zhong)的實驗（見圖(tu)3-8），微針被固定在(zai)探頭(tou)上，對準平臺的(de)敷料(liao)模型，以(yi)1 mm/s 的速度向下移(yi)動直至wanquan插入到(dao)水凝膠中，再(zai)以同樣的速度(du)向上拔(ba)出，每次測試(shi)重復三次(ci)，得到應(ying)力與位移的(de)曲線(xian)關系。為了探究(jiu)出zuiyou的微針結構(gou)，我們對不同倒(dao)刺角度的微(wei)針進(jin)行了(le)該機械性能測(ce)試。其中，敷料(liao)模型采用了(le)5%的瓊脂糖(tang)水凝膠(jiao)制作，其具有(you)一定的硬度(du)、彈性模量等特(te)性，適(shi)合模擬一些常(chang)用敷料的機械(xie)響應，此外(wai)，透明(ming)性的水凝膠(jiao)也便于觀察(cha)穿刺的過(guo)程和結果，是微(wei)針研究中常用(yong)的測試模型。

圖3-8 機械性能(neng)實驗示意圖(tu)

3.2.2.1 不同倒刺角(jiao)度微(wei)針的應力測試(shi)

探究了(le)不同倒刺(ci)角度(du)微針的穿(chuan)刺力和拔(ba)出力，得到(dao)了應力(li)與位移關(guan)系的曲線圖(tu)。為了體現(xiàn)出倒(dao)刺的(de)黏附力(li)特性，計(ji)算了(le)二者之(zhi)間的(de)差值(zhi)，結果如下圖所(suo)示。

圖3-9 不同倒(dao)刺角(jiao)度的應力-位(wei)移曲線圖以及(ji)差值。(a)不同倒刺(ci)角度刺入力(li)-位移曲線；(b)不同(tong)倒刺角度的拔(ba)出力-位移曲線(xian)；(c)拔出力(li)與刺入力的(de)差值

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著(zhe)倒刺角度的增(zeng)加，穿(chuan)刺力和拔(ba)出力都隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)(xian)出明顯(xian)的正(zheng)相關(guan)。當?shù)勾探嵌葹?wei)30°時，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差值約(yue)為0.071 N；45°時，穿(chuan)刺力為1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差值約為0.28 N；當(dang)角度為60°時，穿刺(ci)力為2.55±004 N，拔出力為(wei)2.58±003 N，差值約(yue)為0.03 N。將每(mei)個角度的(de)差值繪制(zhi)成點線圖可以(yi)看出(chu)，向下的倒刺可(ke)以提高(gao)微針的黏附(fu)力，但隨(sui)著角度的增加(jia)，拔出力與刺(ci)入力的差值會(hui)呈現(xiàn)(xian)先增大(da)后減小(xiao)的趨勢(shi)，考慮到(dao)因為角度(du)過大時，倒刺幾(ji)乎成水平(ping)角度，更難刺(ci)入。在45°時(shi)，其差值比(bi)30°和60°分別提高了(le)3.9 倍和9.3 倍左右。根(gen)據(jù)以(yi)上的結論(lun)，我們最終選取(qu)了45°的倒刺(ci)微針作為后(hou)續(xù)的研(yan)究。

3.2.2.2 不同(tong)倒刺個數(shù)(shu)微針的應力測(ce)試

我們設計了無(wu)倒刺、1 個倒刺、3 個(ge)倒刺和6 個倒(dao)刺的微針(zhen)，倒刺角度均為(wei)45°，并同樣采(cai)用質構儀測試(shi)其拉應(ying)力和拔出力，結(jie)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不同(tong)個數(shù)倒刺微(wei)針的機械(xie)性能(neng)測試。(a)不同(tong)倒刺(ci)個數(shù)(shu)微針模(mo)型； (b)不同倒刺個(ge)數(shù)的應(ying)力-位(wei)移曲(qu)線

對于普通錐(zhui)形微(wei)針而言，其(qi)拔出力約為0.53 N，1 個(ge)倒刺的(de)拔出力(li)約為0.80 N，3 個倒(dao)刺的(de)拔出力(li)約為1.23N，而具有6 個(ge)倒刺的微針(zhen)拔出(chu)力達到了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著(zhe)倒刺個(ge)數(shù)的增加，不(bu)斷提高了微(wei)針的黏(nian)附力(li)的特性(xing)，6 個倒(dao)刺對比(bi)1 個倒刺拔出(chu)力提高了約(yue)2.6 倍。同時(shi)從圖中(zhong)可以看出(chu)，刺入力(li)也有了相應(ying)的增加，也證明(ming)了多個倒刺(ci)提升了微(wei)針的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒(dao)刺層數(shù)微針(zhen)的應力測試

為了探究不(bu)同層數(shù)(shu)對于微針應力(li)的影(ying)響，我們用軟件(jian)分別設(she)計了一層倒刺(ci)和兩層倒刺(ci)的微針，由于(yu)在上個實(shi)驗中已(yi)經(jīng)得到了6 個倒(dao)刺具(ju)有最佳的(de)性能，因此(ci)在本次實驗中(zhong)每層也設(she)計了6 個倒刺(ci)，分別(bie)測試其穿刺力(li)和拔出力，結果(guo)如圖3-11 所示。

圖3-11 不同層數(shù)倒(dao)刺微針機械性(xing)能測試。(a)不同(tong)倒刺層數(shù)(shu)微針模型；(b)不同(tong)倒刺(ci)層數(shù)的應力-位(wei)移曲線

由數(shù)(shu)據(jù)可知，一層倒(dao)刺的拔出力為(wei)1.37 N，二層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.98 N，提(ti)升了0.71 N?？梢钥?kan)出，隨著倒刺層(ceng)數(shù)的增加，同(tong)樣也(ye)提高了微針(zhen)的黏附(fu)力，兩層的倒(dao)刺能夠幫助微(wei)針更好(hao)地與傷口敷料(liao)貼合，增加了(le)監(jiān)測的穩(wěn)定性(xing)。

參考文獻：付(fu)欣雨：3D 打印微(wei)針電(dian)極及其生(sheng)物傳感應(ying)用研究。碩士(shi)學位論文，2025年(nian)