微針(zhen)的(de)機(ji)械性(xing)能測試

為了(le)探(tan)究(jiu)倒刺(ci)角(jiao)度(du)、個數(shu)和層數(shu)對(dui)於(yu)微(wei)針(zhen)穿(chuan)刺力(li)和拔出力(li)的影響，我(wo)們(men)采用Universal TA質(zhi)構儀(yi)設備模擬微(wei)針(zhen)插入(ru)敷料(liao)中的實(shi)驗(yan)（見(jian)圖3-8），微(wei)針(zhen)被固定(ding)在(zai)探頭(tou)上(shang)，對(dui)準平臺(tai)的敷料(liao)模(mo)型，以(yi)1 mm/s 的(de)速(su)度(du)向下移(yi)動(dong)直至(zhi)wanquan插(cha)入(ru)到水凝(ning)膠(jiao)中，再以(yi)同(tong)樣(yang)的(de)速(su)度(du)向上(shang)拔出，每(mei)次測(ce)試(shi)重復(fu)三(san)次，得(de)到(dao)應力與(yu)位移的(de)曲線關(guan)系(xi)。為了(le)探(tan)究(jiu)出zuiyou的(de)微針結(jie)構，我(wo)們對(dui)不(bu)同倒刺(ci)角(jiao)度(du)的微針(zhen)進(jin)行了(le)該(gai)機(ji)械性(xing)能測試。其(qi)中，敷料(liao)模(mo)型采用了(le)5%的(de)瓊脂糖水凝(ning)膠(jiao)制(zhi)作(zuo)，其(qi)具有(you)壹定的硬(ying)度(du)、彈性(xing)模量(liang)等(deng)特(te)性(xing)，適合(he)模(mo)擬壹(yi)些(xie)常(chang)用(yong)敷料(liao)的(de)機(ji)械響應(ying)，此(ci)外，透明(ming)性(xing)的水(shui)凝(ning)膠(jiao)也便(bian)於(yu)觀(guan)察穿刺(ci)的過(guo)程(cheng)和結(jie)果，是(shi)微(wei)針(zhen)研(yan)究(jiu)中常(chang)用(yong)的(de)測(ce)試模型。

圖3-8 機(ji)械性(xing)能實(shi)驗(yan)示(shi)意圖

3.2.2.1 不(bu)同(tong)倒刺(ci)角(jiao)度(du)微針的(de)應(ying)力測試

探究了(le)不(bu)同(tong)倒刺(ci)角(jiao)度(du)微針的(de)穿(chuan)刺力和拔出力(li)，得到了(le)應(ying)力(li)與(yu)位移關(guan)系(xi)的(de)曲線圖。為了(le)體(ti)現(xian)出倒刺(ci)的(de)黏附(fu)力特(te)性(xing)，計算了(le)二者之(zhi)間的(de)差(cha)值(zhi)，結(jie)果如(ru)下(xia)圖所(suo)示。

圖3-9 不(bu)同(tong)倒刺(ci)角(jiao)度(du)的應力(li)-位移曲(qu)線圖以(yi)及(ji)差(cha)值(zhi)。(a)不同(tong)倒刺(ci)角(jiao)度(du)刺入力(li)-位移曲(qu)線；(b)不(bu)同(tong)倒刺(ci)角(jiao)度(du)的拔出力(li)-位移曲(qu)線；(c)拔出力(li)與刺入(ru)力的(de)差(cha)值(zhi)

由3-9(a)(b)可(ke)以(yi)看(kan)出， 隨(sui)著倒刺(ci)角(jiao)度(du)的增加，穿(chuan)刺力和拔出力(li)都(dou)隨(sui)之(zhi)增大(da)，呈(cheng)現出明(ming)顯的正(zheng)相(xiang)關。當(dang)倒刺(ci)角(jiao)度(du)為30°時(shi)，穿刺(ci)力(li)為1.57±0.004 N，拔出力(li)為1.64±0.002 N，差(cha)值(zhi)約為0.071 N；45°時(shi)，穿刺(ci)力(li)為1.7±002 N，拔出力(li)為1.98±003N，差(cha)值(zhi)約為0.28 N；當(dang)角(jiao)度(du)為60°時(shi)，穿刺(ci)力(li)為2.55±004 N，拔出力(li)為2.58±003 N，差(cha)值(zhi)約為0.03 N。將每個角(jiao)度(du)的差(cha)值(zhi)繪制(zhi)成(cheng)點線圖可(ke)以(yi)看(kan)出，向下的(de)倒刺(ci)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)微(wei)針的黏附(fu)力(li)，但隨著角(jiao)度(du)的增加，拔出力(li)與刺入(ru)力的(de)差(cha)值(zhi)會(hui)呈(cheng)現先增大(da)後(hou)減小的(de)趨勢，考慮到因(yin)為角(jiao)度(du)過(guo)大(da)時(shi)，倒刺(ci)幾(ji)乎(hu)成(cheng)水(shui)平角(jiao)度(du)，更難(nan)刺(ci)入(ru)。在45°時(shi)，其(qi)差(cha)值(zhi)比30°和60°分別提高(gao)了(le)3.9 倍(bei)和9.3 倍左右。根據以(yi)上(shang)的(de)結(jie)論，我們最(zui)終(zhong)選取了(le)45°的(de)倒刺(ci)微(wei)針作(zuo)為後(hou)續的(de)研究(jiu)。

3.2.2.2 不(bu)同(tong)倒刺(ci)個(ge)數(shu)微(wei)針的(de)應(ying)力測試(shi)

我(wo)們(men)設計了(le)無(wu)倒刺(ci)、1 個(ge)倒刺(ci)、3 個(ge)倒刺(ci)和6 個倒刺(ci)的(de)微針(zhen)，倒刺(ci)角(jiao)度(du)均(jun)為45°，並(bing)同(tong)樣(yang)采用質(zhi)構儀(yi)測試(shi)其(qi)拉應力(li)和拔出力(li)，結(jie)果如(ru)圖3-10 所(suo)示。

圖3-10 不(bu)同(tong)個(ge)數(shu)倒刺(ci)微(wei)針的(de)機(ji)械性(xing)能測試。(a)不同(tong)倒刺(ci)個(ge)數(shu)微(wei)針模(mo)型(xing)； (b)不同倒刺(ci)個(ge)數(shu)的(de)應力(li)-位移曲(qu)線

對(dui)於(yu)普(pu)通(tong)錐形微針(zhen)而(er)言，其(qi)拔出力(li)約為0.53 N，1 個(ge)倒刺(ci)的(de)拔出力(li)約為0.80 N，3 個(ge)倒刺(ci)的(de)拔出力(li)約為1.23N，而(er)具有(you)6 個倒刺(ci)的(de)微針(zhen)拔出力(li)達到了(le)1.37 N。可(ke)以(yi)看(kan)出，隨(sui)著倒刺(ci)個(ge)數(shu)的(de)增加，不(bu)斷提(ti)高(gao)了(le)微(wei)針(zhen)的(de)黏(nian)附力的特(te)性(xing)，6 個倒刺(ci)對(dui)比1 個倒刺(ci)拔出力(li)提高(gao)了(le)約2.6 倍。同(tong)時(shi)從圖中可以(yi)看(kan)出，刺(ci)入力也有(you)了(le)相(xiang)應的(de)增加，也證明了(le)多(duo)個(ge)倒刺(ci)提(ti)升了(le)微(wei)針(zhen)的(de)斷裂(lie)力(li)。

3.2.2.3 不同(tong)倒刺(ci)層(ceng)數(shu)微(wei)針的(de)應(ying)力測試(shi)

為了(le)探(tan)究(jiu)不(bu)同(tong)層數(shu)對(dui)於(yu)微(wei)針(zhen)應(ying)力的(de)影響，我(wo)們(men)用軟(ruan)件分別設計了(le)壹(yi)層(ceng)倒刺(ci)和兩(liang)層(ceng)倒刺(ci)的(de)微針(zhen)，由於(yu)在(zai)上(shang)個(ge)實(shi)驗(yan)中已(yi)經得(de)到(dao)了(le)6 個(ge)倒刺(ci)具有(you)最佳(jia)的性(xing)能，因(yin)此(ci)在(zai)本次實(shi)驗(yan)中每層(ceng)也設計了(le)6 個(ge)倒刺(ci)，分(fen)別測試(shi)其(qi)穿刺力(li)和拔出力(li)，結(jie)果如(ru)圖3-11 所(suo)示。

圖3-11 不(bu)同(tong)層(ceng)數(shu)倒刺(ci)微(wei)針機(ji)械性(xing)能測試。(a)不同(tong)倒刺(ci)層(ceng)數(shu)微(wei)針模(mo)型(xing)；(b)不同倒刺(ci)層(ceng)數(shu)的(de)應力(li)-位移曲(qu)線

由(you)數(shu)據可(ke)知，壹層(ceng)倒刺(ci)的(de)拔出力(li)為1.37 N，二層倒刺(ci)的(de)拔出力(li)為1.98 N，提(ti)升(sheng)了(le)0.71 N。可(ke)以(yi)看(kan)出，隨(sui)著倒刺(ci)層(ceng)數(shu)的(de)增加，同(tong)樣(yang)也提高(gao)了(le)微(wei)針(zhen)的(de)黏(nian)附力，兩(liang)層(ceng)的倒刺(ci)能夠(gou)幫助(zhu)微針更好(hao)地(di)與傷口(kou)敷料(liao)貼合，增加了(le)監測(ce)的穩(wen)定(ding)性(xing)。