Mach-1多功能3D压痕仪（多轴微尺度力学测试与表征平台）

典型用途及典型使用场景

Mach-1™是一款小型通用力学测试系统，适用于尺寸介于数十微米到数厘米之间的样品。典型应用涵盖生物组织、聚合物、凝胶、生物材料、胶囊、粘合剂及食品的机械刺激与表征，可测量刚度、强度、模量、粘弹性、塑性、硬度、粘附、溶胀及松弛等性质。其最不可替代的能力，是在不要求样品表面平坦、不要求压缩轴垂直于表面的前提下，对不规则曲面完成自动化3D法向压痕映射。

典型用途：

1. 不规则曲面3D法向压痕与厚度映射：系统在每个XY位置探测表面高度和法向量，驱动三轴联动使压头沿局部法线压入，在完整关节软骨、半月板、椎间盘、角膜等天然曲面上完成自动化压痕，同步获取刚度、模量、厚度及表面轮廓信息。

2. 多模式复合载荷集成：模块化集成压缩（无约束/受限）、拉伸、剪切、摩擦磨损、扭转、三点/四点弯曲、穿刺、剥离等模式，单次装样即可完成复合载荷路径。

3. 超软至超硬材料的跨尺度表征：模量覆盖3 Pa – 670 GPa，从脑组织、超软水凝胶到皮质骨、骨水泥，同一原理完成测试。

4. 生理环境下的力学刺激与表征：整机可置入标准培养箱（干燥模式，最高37°C），在无菌条件下使用专用测试腔进行力学刺激与测试，支持液体浸没式测试。

5. 力–电耦合表征：可选配机电测试腔，在力学加载的同时同步采集流动电位或压电电位。

典型使用场景：

• 场景A：完整关节面的力学云图。 羊股骨髁或大鼠胫骨平台置于液体浸没池中，通过Scan XY定位点阵，Normal Indentation逐点法向压入，生成瞬时弹性模量与软骨厚度的空间分布图。

• 场景B：创伤后骨关节炎的早期力学检测。 在同一平台先以受控载荷诱导ACL非侵入性断裂，伤后以3D压痕和厚度映射表征股骨髁与胫骨平台的早期软骨退化。

• 场景C：水凝胶与3D打印构建物的低力量程压缩。 微力传感器（力分辨率0.025 mN）在液体环境中完成无约束压缩与应力松弛，减少脱水伪影。

• 场景D：腱止点界面的区域梯度压痕。 以1.0 mm平面圆柱压头对跟腱–止点标本进行多点压痕，量化界面力学梯度。

• 场景E：培养箱内的力学刺激–培养–再测试闭环。 整机可置入标准培养箱，在液体浸没式条件下完成数天的力学刺激，结束后无需取出样品即可切换至表征模式。

• 场景F：软骨与骨组织的力–电耦合检测。 在压痕或压缩的同时采集流动电位，用于早期退变评价或带电材料功能成熟度判断。

产品优势亮点

（1）30年+发展历史，历经市场与文献长期考验。
Mach-1自1999年投入商用，最初为关节软骨生物力学测试开发。核心技术源自蒙特利尔理工大学生物医学工程实验室，创始团队在博士期间即深耕关节软骨机电性能评估。2009年成立Biomomentum完成商业化，至今持有7项核心专利。从单一软骨测试演变为跨组织、跨材料的模块化多轴平台，其30余年的商用史本身即构成了工程成熟性的强信号。

（2）多年技术更新迭代的成熟性。
系统经历了从早期单轴压痕到3D法向压痕、从单一力学到力–电耦合、从手动操作到全自动Scan XY mapping的多代软硬件迭代。当前版本（v500css / V500CSST等）已实现三轴线性联动、多轴传感器同步采集与曲面修正Hertz模型的深度集成。官方针对无约束压缩、受限压缩、压痕 mapping、摩擦测试等场景建立标准化SOP（标准操作规程），降低了方法学门槛，保障了跨实验室数据的高度可重复性。

（3）1000+篇文献数量与期刊广度响应力。
多个独立来源交叉出现“1000+篇文献”的表述，覆盖 Acta Biomaterialia、Osteoarthritis and Cartilage、Nature Communications、Journal of Orthopaedic Research 等生物材料与生物力学领域顶刊。这种跨期刊的广泛响应力，证明了该设备在从基础机制探索到应用材料评价的各个层面均能产出高质量数据。

（4）国际认可度与同行审稿人认知惯性。
哈佛大学、帝国理工学院、苏黎世联邦理工等全球顶尖科研机构采用该平台开展研究。在软骨、椎间盘等结缔组织力学领域，Mach-1已积累可横向比较的基线数据，方法学部分出现“Mach-1 v500css”或“automated indentation mapping”时，审稿人对测试协议的可重复性具有天然认知基础。

（5）国内985/双一流高校用户基础与中标实证。
同济大学、青岛大学、上海交通大学等国内顶尖高校已有成功使用记录。2025年，福建中医药大学骨伤学院通过公开招标采购MACH-1 V500CSST，中标金额252.85万元，评审总得分94.26。高水平大学与专业院校的装机及公开招标中标数据，直接验证了系统在严格采购体系中的技术合规性与竞争力。

（6）GLP/GMP合规性。
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等法规要求。公司提供符合GLP规范的力学测试服务，由具备项目管理经验的团队执行标准化操作规程；仪器在用户端用于GLP/GMP环境时，软件自带的数据管理与审计追踪功能可无缝接入合规体系。

（7）核心模块进口性能 + 外围配件国产化适配。
力传感器、多轴位移台、控制器及核心软件为加拿大原厂制造，保障了核心计量性能的一致性。模块化架构为样品夹具、专用测试腔、液体浸没池、培养箱接口等外围配件留出本地定制空间。作为中国代理，博熵尔科技可在保持核心模块进口性能的前提下，协助国内用户完成外围配件的本地化选配与集成。

典型应用文献目录

高影响力 / 方法学基准文献

• Mammoto A, et al. Control of lung vascular permeability and endotoxin-induced pulmonary oedema by changes in extracellular matrix mechanics. Nature Communications, 2013. —— Mach-1用于基质力学表征，属于能力外溢到非骨科领域的代表性高影响力工作。

• Osorio DA, et al. Cross-linked cellulose nanocrystal aerogels for bone repair. Acta Biomaterialia, 2019. —— Mach-1压缩模式评价骨组织工程支架的基准文献。

• Hadjab I, et al. Electromechanical properties of human osteoarthritic and asymptomatic articular cartilage are sensitive and early detectors of degeneration. Osteoarthritis and Cartilage, 2018. —— 力–电性质作为早期退变检测指标的敏感性验证。

• Sim S, et al. Development of an Electromechanical Grade to Assess Human Knee Articular Cartilage Quality. Annals of Biomedical Engineering, 2017. —— 将压痕映射与力–电测量结合的方法学基准。

近三年典型文献（2023–2025）

• 2025：福建中医药大学骨伤学院MACH-1 V500CSST采购（中标金额252.85万元）。

• 2024：Achilles tendon–enthesis indentation（PMC Figure），1.0 mm平面圆柱压头多点压痕。

• 2023：Doan J, et al. Effects On Articular Cartilage Mechanical Properties Following A Non-Invasive Anterior Cruciate Ligament Rupture In Rat Model. Osteoarthritis and Cartilage（OARSI 2023）。

案例摘要

案例一：小鼠全关节面的3D压痕映射方法学验证。 使用Mach-1 v500css，配备直径0.35 mm球形压头、多轴载荷传感器，在PBS浸没条件下对小鼠股骨髁和胫骨平台进行全表面自动化压痕 mapping。证明3D压痕 mapping 可应用于与小鼠关节面同等薄、同等曲率的样品。

案例二：力–电耦合检测软骨早期退变。 牛软骨盘在IL-1处理11天后GAG损失达75%、动态刚度降至约1/3，但流动电位的边缘梯度在培养仅1天后即减弱一半。力–电指标在该模型中表现出比单一刚度更早的敏感性。

案例三：福建中医药大学骨伤学院MACH-1 V500CSST采购（2025）。 公开招标结果显示，多功能微观力学测试系统（品牌Biomomentum，型号MACH-1 V500CSST）以2,528,500元中标，评审总得分94.26。该采购实证表明Mach-1在国内专业院校设备采购体系中的技术合规性与可及性。