Biomomentum MACH-1 多功能微观力学测试系统

典型用途及典型使用场景

MACH-1 的核心定位是在同一模块化平台上完成压缩、拉伸、剪切、摩擦、扭转、3D法向压痕映射及力–电耦合测试，并兼容液相浸泡与细胞培养箱内原位测试。典型用途集中在：关节软骨与骨组织的自动化压痕 mapping，绘制软骨表面刚度分布、识别早期OA退变区域；脑组织、水凝胶等极软材料（模量低至3 Pa）与硬骨、陶瓷、金属（模量高达670 GPa）的跨尺度力学表征；组织工程构建体、支架、植入物的压缩/剪切/界面结合力评价；48孔板或96孔板高通量压痕/压缩筛选；股骨髁、胫骨平台等不规则曲面无需打磨整平的法向压痕；压缩同步电位采集的力–电耦合测试，以及培养箱内无菌力学刺激与原位测试。

产品优势亮点

成熟性与市场验证。 MACH-1自1999年商业化以来历经超过25年持续迭代，全球4000余个实验室部署，累计发表同行评审文献1000+篇，硬件模块与软件协议库经过长期升级，属于“功能可持续扩展、无需整机更换”的成熟平台。在生物组织和软材料力学表征领域，该平台被多个独立来源描述为“黄金标准”和标杆型设备。

核心独有技术：不规则表面法向压痕。 传统压痕要求样品表面平坦且压缩轴垂直对齐，MACH-1 通过多轴联动自动检测曲面局部高度与法向方向，沿虚拟法线施加压痕载荷，可直接在股骨髁、胫骨平台等不规则关节面上完成自动化 mapping，无需切割或打磨整平。这一能力在软骨修复临床前研究和曲面植入体评价中具有不可替代性。

多轴集成与力–电耦合。 支持X/Y/Z/T多轴耦合，可在同一系统内集成压缩（侧限/无侧限）、拉伸、剪切、摩擦、扭转、3D轮廓/厚度映射、剥离/搭接剪切/穿刺/撕裂等力学模式；力–电测试腔室可在压缩同时采集5通道Ag-AgCl电位信号，适用于软骨、带电水凝胶等机电活性材料的力–电同步表征。

合规与质量体系。 Biomomentum 质量管理体系通过 ISO 13485:2016 医疗器械认证，符合 FDA 21 CFR Part 820、欧洲 MDD 93/42/EEC 及加拿大医疗器械法规；公司同时提供符合 GLP（依据 OECD 指南和有效SOP）的力学测试服务与数据分析报告。

国内用户与中标实证。 国内同济大学、青岛大学、上海交通大学等高校已有成功使用记录。公开采购信息显示，福建某骨伤学院“多功能微观力学测试系统采购项目（二次）”中标产品为 Biomomentum MACH-1 V500CSST，中标金额 2,528,500 元，可作为国内高校采购预算与合规论证的实证参考。

产品核心参数

位移分辨率 0.1 μm / 0.5 μm 可选；单轴力传感器量程 0.1 N–250 N 可选，力分辨率最低 0.005 mN（0.1 N传感器配置）；扭转台扭矩 3 N·m 或 15 N·m 可选；模量测试范围约 3 Pa–670 GPa，跨越八个数量级；数据采集速率可达 2500 Hz；支持 X/Y/Z/T 多轴耦合与 1–4 个电动位移平台集成；高通量支持48孔板自动压痕/压缩，可定制8孔、36孔模型；可放入标准细胞培养箱（干模式，≤37°C）运行。核心测量链为加拿大原产，外围夹具、压头、液相腔室及电极排布可根据国内实验需求定制适配。

典型应用文献目录

按高分/高影响力期刊优先、同年份内按影响力排列的逻辑整理：

Nature 系列
Mammoto A, Mammoto T, Kanapathipillai M, et al. Control of lung vascular permeability and endotoxin-induced pulmonary oedema by changes in extracellular matrix mechanics. Nature Communications. 2013;4:1759. 使用 MACH-1 研究细胞外基质力学变化与肺血管通透性/肺水肿的关系。

Osteoarthritis and Cartilage（领域顶刊，多篇）
① Hadjab I, Sim S, Karhula SS, et al. Electromechanical properties of human osteoarthritis and asymptomatic articular cartilage are sensitive and early detectors of degeneration. Osteoarthritis and Cartilage. 2017. MACH-1 用于自动化厚度 mapping，支撑力电特性作为早期OA检测指标。
② Houtman E, Tuerlings M, Riechelman J, et al. Identifying differential gene expression induced by mechanical stress in cartilage of human explants using RNA-sequencing. Osteoarthritis and Cartilage. 2021;29:S306. MACH-1 施加65%应变、连续4天、每天10 min的力学刺激，结合RNA-seq识别机械应力诱导的软骨基因表达变化。
③ Lavoie JF, Sim S, Quenneville E, et al. Mapping articular cartilage biomechanical properties of normal and osteoarthritic mice using indentation. Osteoarthritis and Cartilage / ICRS World Congress. 2015. 以 Mach-1 v500css 三轴测试仪和球形压头（r=0.175 mm）对小鼠膝关节软骨进行自动化法向压痕 mapping，识别 STR/ort 小鼠OA早期力学改变。
④ Sim S, Chevrier A, Garon M, et al. Electromechanical probe and automated indentation maps are sensitive techniques in assessing early degenerated human articular cartilage. Journal of Orthopaedic Research. 2017;35(4):858-867. 结合力电探针与 MACH-1 自动压痕 mapping 评估早期人软骨退变。

Acta Biomaterialia / 生物材料主流期刊
相关研究见于 Acta Biomaterialia 第70卷（2018）等，涉及无限制压缩 SOP 与力学参数提取。另有兔软骨缺损模型研究：Comparison of Regenerative Tissue Quality following Matrix-Associated Cell Implantation Using Amplified Chondrocytes Compared to Synovium-Derived Stem Cells in a Rabbit Model for Cartilage Lesions（2018），使用 Mach-1 V500css 的 mapping 模块进行自动压痕定位与数据分析。

其他经同行评审的力学/骨科期刊
Sim S, Quenneville E, Garon M, et al. Evaluation of a novel technique to map the mechanical properties of an entire articular surface in indentation. International Cartilage Repair Society (ICRS), 2013. 建立全关节面压痕 mapping 技术，为FDA推荐的软骨修复产品力学评价提供方法学基础。

案例摘要

案例一：人胫骨平台软骨力电特性与早期OA检测（Osteoarthritis and Cartilage, 2017）。 研究纳入6对新鲜人胫骨平台，使用 MACH-1 多轴力学测试仪进行自动化厚度 mapping，同步获取软骨厚度数据，并与力电探针参数 QP、μCT 软骨下骨板厚度进行交叉相关分析。结果显示，力电 QP 区分不同早期退变阶段的敏感性和特异性最优，其效应量约为软骨下骨板厚度的两倍，表明力电测量对早期OA的检测灵敏度显著优于形态学指标。MACH-1 提供的自动化厚度数据是构建多参数关联的核心环节。

案例二：小鼠膝关节全关节面压痕 mapping 识别OA早期改变（ICRS 2015）。 以 Mach-1 v500css 三轴测试仪、多轴力传感器（Fz分辨率 3.5 mN）和球形压头（r=0.175 mm）对12周和15周龄 Balb/c 对照与 STR/ort OA 小鼠的股骨髁和胫骨平台进行自动化法向压痕，压痕速度30 μm/s，每个关节面多点采集结构刚度（N/mm）。该技术首次将全关节面压痕 mapping 从人、羊、大鼠尺度成功缩放至小鼠尺度，并识别出 OA 小鼠内侧间室的早期刚度改变。这项工作为利用转基因小鼠模型研究OA力学病理提供了可重复的方法学平台。