為了探究倒刺(ci)角度、個數(shù)和層(ceng)數(shù)對于微針(zhen)穿刺力(li)和拔(ba)出力的影(ying)響，我們采用(yong)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)設(shè)備(bei)模擬微(wei)針插入敷料中(zhong)的實(shi)驗（見(jian)圖3-8），微針被(bei)固定在(zai)探頭上，對(dui)準平臺的敷(fu)料模型(xing)，以1 mm/s 的(de)速度向下(xia)移動直至wanquan插(cha)入到水凝(ning)膠中，再以(yi)同樣(yang)的速度向(xiang)上拔出(chu)，每次測試重(zhong)復三次(ci)，得到(dao)應力與位(wei)移的曲線關(guān)(guan)系。為了探究(jiu)出zuiyou的微針結(jié)(jie)構(gòu)，我們對不同(tong)倒刺角度的微(wei)針進行(xing)了該機械(xie)性能測試。其中(zhong)，敷料(liao)模型采用了5%的(de)瓊脂糖水凝(ning)膠制作，其具有(you)一定的硬(ying)度、彈性模量(liang)等特性，適合(he)模擬(ni)一些(xie)常用(yong)敷料的機械(xie)響應，此外(wai)，透明性的水凝(ning)膠也便于觀察(cha)穿刺的過程(cheng)和結(jié)(jie)果，是微針研究(jiu)中常用(yong)的測試模型。

圖3-8 機械性能實(shi)驗示意(yi)圖

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度微針(zhen)的應力(li)測試

探究(jiu)了不同倒(dao)刺角度微(wei)針的穿(chuan)刺力和拔出(chu)力，得到(dao)了應力與位(wei)移關(guān)系的曲(qu)線圖。為(wei)了體(ti)現(xiàn)出倒刺(ci)的黏(nian)附力特性，計(ji)算了二者之(zhi)間的差(cha)值，結(jié)果如下圖(tu)所示。

圖3-9 不同倒(dao)刺角度的(de)應力-位(wei)移曲(qu)線圖以及差值(zhi)。(a)不同(tong)倒刺角(jiao)度刺入力-位移(yi)曲線；(b)不同倒刺(ci)角度的拔(ba)出力-位移曲(qu)線；(c)拔出力與刺(ci)入力的差值(zhi)

由3-9(a)(b)可以(yi)看出， 隨著倒(dao)刺角(jiao)度的增加，穿(chuan)刺力和拔出(chu)力都(dou)隨之增大(da)，呈現(xiàn)出明顯(xian)的正相關(guān)。當(dang)倒刺(ci)角度為30°時(shi)，穿刺力為1.57±0.004 N，拔出(chu)力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為(wei)0.071 N；45°時，穿刺(ci)力為1.7±002 N，拔出(chu)力為1.98±003N，差值約為(wei)0.28 N；當角度(du)為60°時，穿刺力(li)為2.55±004 N，拔出力為2.58±003 N，差(cha)值約為0.03 N。將每個(ge)角度的差值繪(hui)制成(cheng)點線圖可以看(kan)出，向下的倒刺(ci)可以提高微(wei)針的黏附(fu)力，但(dan)隨著角度(du)的增加，拔出力(li)與刺(ci)入力的差(cha)值會呈(cheng)現(xiàn)先(xian)增大后(hou)減小(xiao)的趨勢(shi)，考慮到(dao)因為角度過(guo)大時，倒(dao)刺幾(ji)乎成水平(ping)角度，更(geng)難刺入。在(zai)45°時，其(qi)差值比30°和60°分(fen)別提高了(le)3.9 倍和9.3 倍左右(you)。根據(jù)以上(shang)的結(jié)(jie)論，我(wo)們最終選取了(le)45°的倒(dao)刺微針作(zuo)為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同倒刺個(ge)數(shù)微針(zhen)的應力測(ce)試

我們設(shè)計了無(wu)倒刺(ci)、1 個倒刺(ci)、3 個倒刺(ci)和6 個(ge)倒刺的微針，倒(dao)刺角度均為45°，并(bing)同樣采(cai)用質(zhì)構(gòu)儀測(ce)試其(qi)拉應(ying)力和拔出力，結(jié)(jie)果如圖3-10 所示(shi)。

圖3-10 不(bu)同個數(shù)倒刺微(wei)針的機械性能(neng)測試。(a)不同倒(dao)刺個數(shù)微(wei)針模型(xing)； (b)不同倒刺(ci)個數(shù)的應力-位(wei)移曲線(xian)

對于普通(tong)錐形微(wei)針而言(yan)，其拔出(chu)力約為0.53 N，1 個(ge)倒刺的(de)拔出力約(yue)為0.80 N，3 個(ge)倒刺(ci)的拔出力(li)約為1.23N，而具有6 個(ge)倒刺(ci)的微針拔出力(li)達到了1.37 N?？梢?yi)看出，隨著倒刺(ci)個數(shù)的增(zeng)加，不斷(duan)提高(gao)了微針的黏(nian)附力的(de)特性，6 個(ge)倒刺(ci)對比1 個(ge)倒刺拔出力(li)提高了約(yue)2.6 倍。同時從(cong)圖中可(ke)以看出，刺入(ru)力也(ye)有了相應的增(zeng)加，也證明了(le)多個倒(dao)刺提升(sheng)了微針(zhen)的斷裂(lie)力。

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

為了探究不同(tong)層數(shù)對于(yu)微針(zhen)應力的(de)影響(xiang)，我們用軟(ruan)件分別設(shè)計了(le)一層倒刺和兩(liang)層倒刺的(de)微針(zhen)，由于在上個(ge)實驗中已經(jīng)得(de)到了6 個倒刺具(ju)有最(zui)佳的性能，因此(ci)在本次(ci)實驗中每層(ceng)也設(shè)計了6 個(ge)倒刺，分別測(ce)試其(qi)穿刺力和(he)拔出力，結(jié)(jie)果如(ru)圖3-11 所示。

圖3-11 不(bu)同層數(shù)倒刺微(wei)針機械性能(neng)測試(shi)。(a)不同倒刺(ci)層數(shù)(shu)微針模型(xing)；(b)不同倒刺(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(de)拔出力(li)為1.37 N，二層倒刺(ci)的拔出(chu)力為1.98 N，提升了0.71 N?？?ke)以看出，隨著(zhe)倒刺層(ceng)數(shù)的增(zeng)加，同樣也提高(gao)了微針(zhen)的黏附力(li)，兩層的倒刺能(neng)夠幫助(zhu)微針更好地(di)與傷口敷(fu)料貼合，增(zeng)加了(le)監(jiān)測的(de)穩(wěn)定性。

參考文獻(xian)：付欣雨：3D 打印(yin)微針電極及(ji)其生物傳感應(ying)用研(yan)究。碩(shuo)士學位(wei)論文(wen)，2025年