Biomomentum Mach-1 椎间盘力学测试系统

Biomomentum Mach-1 多轴微观力学测试系统,初为软骨力学性能检测而研发，现已发展成为评估椎间盘等生物组织和生物材料力学性能的标准化工具。

一、核心技术特点

1. 多轴测试能力

Mach-1采用模块化多轴设计，可集成压缩、拉伸、剪切、摩擦、扭转、压痕、穿刺等多种力学测试模式。对于椎间盘研究，其压缩和扭转双模式组合是核心优势。

2. 高分辨率传感系统

3. 非平整表面测试能力

Mach-1具备特的自动化法向压痕（Normal Indentation）功能，可在不规则表面上执行垂直于表面的压痕测试，无需手动将样品表面对准压头轴线。这对椎间盘（具有复杂的曲面结构）的测试至关重要。

4. 环境控制兼容性

• 体积小巧，可放入标准细胞培养箱

• 支持液体浸没测试（PBS、生理盐水等）

• 可选温度控制浴槽

二、椎间盘力学测试方案详解

2.1 压缩测试（Compression Testing）

测试模式：

• 单轴受限压缩：将椎间盘置于受限腔室内，测量多孔弹性材料的液体渗出与力学响应

• 单轴非受限压缩：直接压缩椎间盘整体，获取应力-应变曲线

• 循环加载：模拟生理负荷的周期性压缩

• 应力松弛：测量恒定应变下的应力衰减，表征粘弹性

• 蠕变测试：测量恒定应力下的应变变化

可表征参数：

• 杨氏模量（压缩模量）

• 粘弹性参数（松弛时间、蠕变柔量）

• 渗透性系数

• 动态刚度

2.2 扭转测试（Torsion/Shear Testing）

测试能力：

• 纯扭转：测量椎间盘的扭转刚度和角位移响应

• 横向剪切：评估纤维环在不同剪切方向上的力学特性

• 多力混合耦连：同时施加压缩+扭转负荷，模拟日常活动中的复合受力状态

可表征参数：

• 剪切模量

• 扭转刚度

• 粘弹性剪切特性

2.3 压痕映射（Indentation Mapping）

利用Mach-1的自动压痕映射功能，可在椎间盘终板或髓核区域进行高密度多点测试：

• 3D表面轮廓扫描：获取椎间盘表面的三维形貌

• 厚度映射：测量各位置的软骨终板厚度

• 刚度映射：生成样品表面的刚度分布图

• 数据量可达300+测试点/样品

这一功能对于研究椎间盘退变中的局灶性力学异质性具有特价值。

2.4 电位分布测试（可选）

配备5通道Ag-AgCl电腔室，可在压缩过程中同步测量椎间盘组织的流动电位，研究其机电耦合特性——这对于理解椎间盘的机械-电信号转导机制有重要意义。

三、核心优势总结

四、典型应用文献及研究方向

4.1 研究方向分类

4.2 文献应用案例参考

案例1：软骨终板力学表征

Mach-1被用于对软骨下骨和关节软骨表面进行高精度压痕映射测试，通过3D表面轮廓扫描和厚度/刚度映射，成功表征了非平面样品整个表面的力学特性分布。

案例2：三维法向压痕映射

使用2mm球形红宝石压头，对约300个测试点进行自动网格化压痕测试，在压痕同时测量样品厚度信息，并利用Hayes弹性模型拟合获得表面刚度分布图。

案例3：多力偶联测试

Mach-1的多轴功能允许在研究椎间盘时同时施加压缩和扭转负荷，模拟日常活动中脊柱的真实受力状态。

五、技术规格速查表