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：
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。
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。
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；可互换力传感器最大载荷覆盖±150 g 至±10 kg。
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。
力–电耦合表征：可选配机电测试腔（含Ag-AgCl电极阵列），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，并与组织学或影像学配准。
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（如8 mm直径、4 mm厚水凝胶圆盘，5%应变增量、10分钟保载）。
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，按距骨边缘距离划分止点区、过渡区和腱区，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，即可在同一平台切换至压痕或松弛模式进行终端表征。
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。
30年+发展历史，历经市场与文献长期考验。 自1999年起持续商用与迭代，最初为关节软骨生物力学开发，现已发展为跨组织、跨材料的模块化多轴平台。
1000+篇文献与期刊广度，审稿人认知惯性。 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。方法学部分出现“Mach-1 v500css”或“automated indentation mapping”时，审稿人对其测试协议的可重复性具有认知基础。
国际认可度与同行影响力。 全球顶尖科研机构采用该平台开展研究，在需要与既有文献进行力学参数对照的研究中构成可信度信号。
国内985/双一流高校用户基础与采购实证。 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；福建中医药大学骨伤学院于2025年通过公开招标采购MACH-1 V500CSST，中标金额252.85万元，评审总得分94.26，具备可验证的合规性与竞争力。
GLP/GMP合规与质量体系。 通过ISO 13485:2016医疗器械认证，符合FDA 21 CFR Part 820等法规要求。提供符合GLP规范的力学测试服务；仪器在用户端用于GLP/GMP环境时，需结合用户机构的计算机化系统验证与SOP体系评估。
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、控制器及软件为加拿大原厂制造，保障核心计量性能一致性；模块化架构为样品夹具、专用测试腔、液体浸没池等外围配件留出本地定制空间。
高影响力 / 方法学基准文献
Sim S, et al. Novel Technique to Map the Biomechanical Properties of Entire Articular Surfaces Using Indentation to Identify Early Degenerated (Osteoarthritis-like) Regions. WCB 2014. —— 对8例人股骨远端进行全关节面自动化3D法向压痕映射与针式厚度测绘。
Lavoie JF, et al. Mapping Articular Cartilage Biomechanical Properties of Normal & Osteoarthritic Mice Using Indentation. ICRS 2015. —— 将3D法向压痕技术缩放至小鼠膝关节（球压头半径0.175 mm）。
Biomomentum Case Study. Characterization of Electromechanical Properties of Connective Tissues – Part 1: Articular Cartilage. —— Mach-1配合电极阵列在无约束压缩下测量牛软骨流动电位。
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。
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，评审得分94.26）。
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8周龄C57BL/6小鼠的股骨髁和胫骨平台进行全表面自动化压痕 mapping。每个压痕点约1分钟，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：人股骨远端全关节面自动化压痕识别OA样区域。 对8例人股骨远端进行自动化3D法向压痕 mapping与针式厚度 mapping，系统在每个位置依次测量接触坐标、计算表面方向、执行垂直压痕并测量法向力，客观、非破坏性地识别退变区域。
案例三：水凝胶3D打印构建物的应力松弛测试。 3D打印水凝胶圆盘（8 mm直径、4 mm厚）在Mach-1上进行无约束单轴压缩测试，每级5%压缩后实施10分钟保载以研究应力松弛行为，评估打印构建物的力学保真度。
| 参数项 | 指标 |
|---|---|
| 模量测量范围 | 3 Pa – 670 GPa |
| 样品尺寸范围 | 数十微米 – 数厘米 |
| 位移分辨率 | 0.1 μm |
| 力分辨率 | 0.025 mN |
| 可互换载荷传感器 | 单轴：±0.5 N、±1.5 N、±10 N、±100 N、±250 N；多轴可同时测量Fx、Fy、Fz、Tx、Ty、Tz |
| 数据采集频率 | 10 – 2500 Hz |
| Z轴行程 | 50 – 250 mm 可选；X轴250 mm，Y轴50 mm；最大速度50 mm/s（100 mm/s可选） |
| 测试模式 | 3D法向压痕映射、3D厚度映射、3D/2D轮廓、压缩（无约束/受限）、拉伸、剪切、摩擦磨损、扭转、弯曲、穿刺、剥离、力–电耦合 |
| 环境能力 | 可置于标准培养箱内运行；液体浸没式测试 |
| 通量适配 | 48孔板高通量自动压痕 |
沪公网安备31011702892430号