為了探究(jiu)倒刺角(jiao)度、個數(shù)和層(ceng)數(shù)對于(yu)微針穿刺力(li)和拔出力(li)的影(ying)響，我們采(cai)用Universal TA質(zhì)構(gòu)儀設(shè)備(bei)模擬微針插(cha)入敷料中的(de)實驗(yan)（見圖3-8），微針被固(gu)定在探頭上(shang)，對準平(ping)臺的(de)敷料(liao)模型，以(yi)1 mm/s 的速度(du)向下(xia)移動直至wanquan插(cha)入到水凝膠(jiao)中，再(zai)以同樣的速(su)度向上拔(ba)出，每(mei)次測試重(zhong)復(fù)三(san)次，得到(dao)應(yīng)力與位(wei)移的曲線關(guān)系(xi)。為了探究出zuiyou的(de)微針(zhen)結(jié)構(gòu)，我們對(dui)不同倒刺角度(du)的微針進行了(le)該機(ji)械性能(neng)測試。其中，敷料(liao)模型采用了(le)5%的瓊脂糖水凝(ning)膠制作(zuo)，其具有(you)一定的硬度、彈(dan)性模量等特性(xing)，適合(he)模擬一些(xie)常用敷料的(de)機械響(xiang)應(yīng)，此外，透(tou)明性的(de)水凝膠(jiao)也便于觀察穿(chuan)刺的過程(cheng)和結(jié)果，是微(wei)針研究中(zhong)常用(yong)的測試(shi)模型。

圖3-8 機械性能(neng)實驗(yan)示意圖

3.2.2.1 不同倒刺(ci)角度(du)微針的(de)應(yīng)力測試

探究了不同倒(dao)刺角(jiao)度微針的(de)穿刺力和拔出(chu)力，得到了應(yīng)(ying)力與位移關(guān)系(xi)的曲線(xian)圖。為了體現(xiàn)(xian)出倒(dao)刺的黏附力特(te)性，計算了二者(zhe)之間的差值，結(jié)(jie)果如(ru)下圖(tu)所示。

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

由3-9(a)(b)可以看(kan)出， 隨著(zhe)倒刺角度的增(zeng)加，穿刺力(li)和拔(ba)出力(li)都隨之(zhi)增大，呈現(xiàn)出(chu)明顯(xian)的正相(xiang)關(guān)。當?shù)勾探?jiao)度為30°時(shi)，穿刺力為1.57±0.004 N，拔(ba)出力為1.64±0.002 N，差值(zhi)約為0.071 N；45°時，穿刺力(li)為1.7±002 N，拔(ba)出力為1.98±003N，差值約(yue)為0.28 N；當角度為60°時(shi)，穿刺力為2.55±004 N，拔出(chu)力為2.58±003 N，差值(zhi)約為0.03 N。將每(mei)個角度的差(cha)值繪制(zhi)成點線圖可以(yi)看出，向下(xia)的倒(dao)刺可以(yi)提高微針(zhen)的黏附(fu)力，但隨著角(jiao)度的增加(jia)，拔出力與刺(ci)入力(li)的差值會(hui)呈現(xiàn)先增大后(hou)減小的(de)趨勢，考(kao)慮到(dao)因為角度(du)過大時(shi)，倒刺幾乎(hu)成水平(ping)角度，更難刺(ci)入。在(zai)45°時，其差值比(bi)30°和60°分(fen)別提高了3.9 倍(bei)和9.3 倍(bei)左右。根據(jù)以(yi)上的(de)結(jié)論，我們最(zui)終選取了(le)45°的倒刺微(wei)針作為后續(xù)的(de)研究。

3.2.2.2 不同倒(dao)刺個數(shù)微針(zhen)的應(yīng)力測試(shi)

我們設(shè)計(ji)了無倒刺、1 個倒(dao)刺、3 個倒刺和6 個(ge)倒刺的微針(zhen)，倒刺角(jiao)度均為45°，并同(tong)樣采用質(zhì)(zhi)構(gòu)儀測試(shi)其拉(la)應(yīng)力(li)和拔出力(li)，結(jié)果如圖(tu)3-10 所示。

圖3-10 不(bu)同個數(shù)倒刺(ci)微針的(de)機械(xie)性能測試。(a)不(bu)同倒刺個數(shù)(shu)微針模(mo)型； (b)不同倒(dao)刺個數(shù)的應(yīng)(ying)力-位移曲線(xian)

對于普(pu)通錐(zhui)形微針而言，其(qi)拔出力(li)約為0.53 N，1 個倒(dao)刺的拔出力約(yue)為0.80 N，3 個倒(dao)刺的拔出力(li)約為1.23N，而(er)具有6 個倒刺的(de)微針(zhen)拔出力達到了(le)1.37 N?？梢钥?kan)出，隨著(zhe)倒刺個數(shù)的(de)增加，不(bu)斷提高了微(wei)針的(de)黏附力的特(te)性，6 個倒刺對比(bi)1 個倒刺拔出力(li)提高(gao)了約2.6 倍(bei)。同時從(cong)圖中可以看(kan)出，刺(ci)入力也(ye)有了(le)相應(yīng)(ying)的增加，也(ye)證明了多個倒(dao)刺提升了(le)微針的斷裂(lie)力。

3.2.2.3 不同倒刺層(ceng)數(shù)微針的(de)應(yīng)力測(ce)試

為了探(tan)究不同層數(shù)(shu)對于微針應(yīng)力(li)的影響(xiang)，我們用(yong)軟件分別設(shè)計(ji)了一層倒(dao)刺和(he)兩層倒刺的微(wei)針，由(you)于在(zai)上個實驗(yan)中已經(jīng)得到了(le)6 個倒刺具有(you)最佳的性(xing)能，因(yin)此在本次實驗(yan)中每層(ceng)也設(shè)計了6 個倒(dao)刺，分別(bie)測試其穿刺(ci)力和拔(ba)出力，結(jié)(jie)果如圖3-11 所示。

圖3-11 不同層數(shù)(shu)倒刺微針(zhen)機械性能(neng)測試。(a)不同倒(dao)刺層(ceng)數(shù)微針模(mo)型；(b)不同倒(dao)刺層數(shù)的(de)應(yīng)力(li)-位移曲線

由數(shù)據(jù)可知(zhi)，一層(ceng)倒刺的拔(ba)出力為1.37 N，二(er)層倒刺的拔(ba)出力(li)為1.98 N，提升(sheng)了0.71 N?？?ke)以看(kan)出，隨著倒刺(ci)層數(shù)的增(zeng)加，同樣也提高(gao)了微針的黏(nian)附力，兩層的(de)倒刺能夠(gou)幫助(zhu)微針更好地與(yu)傷口敷料(liao)貼合，增加了監(jiān)(jian)測的穩(wěn)(wen)定性。

參考文獻：付欣(xin)雨：3D 打印微針(zhen)電極及其生(sheng)物傳感(gan)應(yīng)用(yong)研究。碩士學位(wei)論文(wen)，2025年