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質構儀用于(yu)測定(ding)微針刺入皮膚(fu)或皮膚模型的(de)刺入力(li)
真實皮膚和機(ji)械皮膚模型在(zai)微針穿刺性(xing)能評價中(zhong)應用廣泛(fan),可用于評價微(wei)針的刺入力(li)、刺入率和(he)刺入深度,滲(shen)透皮(pi)膚模型可(ke)用于評(ping)價微針(zhen)的溶解(jie)速度和滲透(tou)量,組織皮膚(fu)模型可用于(yu)角質層(ceng)模擬(ni)及其(qi)相關(guan)評價。皮膚是(shi)一種復雜的(de)生物(wu)粘彈性材(cai)料,且(qie)皮膚表面不(bu)平整、有溝壑(he),微針(zhen)刺入(ru)時不能垂直(zhi)進入皮膚,皮膚(fu)的各層(ceng)結構如角(jiao)質層、真皮(pi)層也會對微(wei)針刺入造成阻(zu)礙。微針能夠刺破(po)皮膚所需的(de)最小力即刺入(ru)力。刺入力的測(ce)定受到微針(zhen)參數(shù)、施加力、測(ce)定方法、皮膚(fu)種類、環(huán)境(jing)條件等(deng)諸多因素的影(ying)響。
研究人員用(yong)質構儀測定(ding)出長度(du)為300 μm、800 μm 的金(jin)屬微針(zhen)能夠以(0.88±0.01)N和(0.21±0.01)N的(de)刺入力刺破豬(zhu)角質層。還有(you)研究通(tong)過有限元(yuan)軟件對單個(ge)微針(zhen)刺入皮膚(fu)過程建模,分析發(fā)(fa)現(xiàn)皮(pi)膚硬度(du)越大(da),刺入力(li)越??;微針銳度(du)、針尖半徑越(yue)小,刺入力越小(xiao);微針的(de)夾角(jiao)存在一(yi)個zuiyou值,既能保證(zheng)較小(xiao)的刺入力,又(you)能避免微針(zhen)的斷裂破(po)壞。另外,研(yan)究人員通過(guo)有限元建模(mo)理論分析發(fā)(fa)現(xiàn)刺入力隨(sui)微針(zhen)間距的增(zeng)加而減(jian)小,并穿刺豬皮(pi)進行驗(yan)證, 發(fā)(fa)現(xiàn)兩者(zhe)相一致(zhi)。而一(yi)個研究(jiu)同時用微針穿(chuan)刺人和豬的腹(fu)部皮(pi)膚、PDMS皮膚模型(xing)發(fā)現(xiàn),PDMS皮膚(fu)模型(xing)產(chǎn)生的(de)刺入(ru)力雖大于人(ren)和豬(zhu)的腹部皮膚,但(dan)仍處于人(ren)和豬(zhu)皮膚的力學(xue)范圍內,代表(biao)一種更(geng)加堅(jian)韌的皮(pi)膚,用此(ci)模型進行微針(zhen)評價能(neng)夠確(que)保微(wei)針應(ying)用于真實(shi)皮膚的有(you)效性。評價刺(ci)入力也是反(fan)映微針(zhen)機械強度(du)的方(fang)法之一,刺入(ru)力應(ying)小于微針斷裂(lie)力,這樣才(cai)能確(que)保微針在使用(yong)時不會(hui)斷裂失效。設計(ji)微針施(shi)加力(li)時還要確(que)保大于刺入(ru)力以使微針有(you)效刺(ci)入皮膚,同時(shi)要控制力的(de)強度以盡可(ke)能減少對(dui)使用(yong)者造成(cheng)的痛(tong)感。