Page 26 - 《中国医疗器械杂志》2025年第6期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2025年 第49卷 第6期

研 究 与 论 著

针芯主体尺寸设计还需考虑以下2种因素：一
ϕ0.9
是在最大移液量情况下，液体高度越低，加样针
内壁越容易清洗干净；二是从变径可行性角度考 12°
虑，若变径前后内径相差过大，会导致变径处破
裂，降低加工合格率。综合考虑，A公司B项目针
芯主体内径可选择0.9 mm或1 mm，变径后内径为
ϕ0.3
0.3 mm。
ϕ0.6
1.1.3 针芯壁厚设计
图3 A公司B项目加样针针芯尺寸
针芯壁厚影响其强度和挂液情况。壁厚过薄，
Fig.3 Core size of sampling needle for Project B of Company A
针芯强度不足，易变形毁坏，高速运转抖动严重；
1.1.5 针芯液体流动状态分析
壁厚过厚，会因液体张力在针尖形成严重的挂液现
在流体力学中，雷诺数（Reynolds number, Re）
[16]
象 ，还可能在拉伸变径时，因针尖内径太小而形
是一个重要的无量纲量，它反映液体流动状态，雷
成实心体。综合以上因素，A公司B项目加样针壁
诺数的计算式为：
厚设计为0.15 mm。
ρvD
1.1.4 变径形式设计 Re = (1)
µ
针芯变径有多种形式，如图1所示，图1a为一
式中： ρ为液体密度； v为入口流速； D为管径；
级变径（直段收尾），图1b为二级变径（直段收 µ为纯化水的动力黏度。
尾），图1c为一级变径（锥形收尾）。图2为针芯 以纯化水为例， ρ取998 kg/m ，变径前 取
3
v
变径角度图示，变径时需保持变径前后针的壁厚 1
0.3 m/s， µ取1.002 mPa·s，变径前 D 取0.9 mm，变
1
不变，控制变径角度α。若角度α不合理，加样针
径后D 取0.3 mm。分别计算出变径前、变径后和
2
在高速加样时会在变径处形成湍流，影响加样稳
变径段中点的雷诺数。
[17]
定性和准确度 。 变径前：

998×0.3×0.9×10 −3
Re before = −3 ≈ 269 (2)
1.002×10
变径后：
2
( )
D 1
v 2 = v 1 = 2.7 m/s (3)
D 2
(a) (b) (c)
998×2.7×0.3×10 −3
图1 针芯变径形式 Re after = ≈ 807 (4)
Fig.1 Forms of needle core diameter transition 1.002×10 −3

变径段中点：
D 1 + D 2
d mid = = 0.6 mm
α 2
( ) 2
D 1
v mid = v 1 = 0.675 m/s (5)
d mid
998×0.675×0.6×10 −3
ρv mid d mid
Re mid = = −3 ≈ 403 (6)
图2 针芯变径角度图示 µ 1.002×10
Fig.2 Diagram of the taper angle of the needle core
由以上结果可知，变径前后的雷诺数远低于
以A公司B项目加样针为例，由于针芯主体内 临界值（2 300），完全处于层流区。若样本选择
径尺寸选择0.9 mm，针尖内径尺寸0.3 mm，变径 全血，密度变化较小，动力黏度变大较多，雷诺数
前后尺寸变化小，采用一级变径（直段收尾）即 整体降低，无需担心湍流。
可，变径角度设计为12°。加样针针芯尺寸如图3 1.1.6 针尖结构设计
所示。 针尖结构有平口和斜口2种方式：平口可有效

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