多功能微观力学测试系统是一款模块化集成压缩、拉伸、剪切、摩擦、扭转和2D/3D压痕、3D轮廓及多力混合耦连测试的一体化微观力学测试装置。自1999年商业化以来，该系统已帮助全球数百名科学家开展与生物材料、组织和软材料相关的创新性研究，发表了超过1000篇学术文献。以下为该系统的典型应用案例介绍。

案例一：关节软骨与半月板机电性能表征

研究目标：

建立正常与退化结缔组织的生化成分与机电性能（刚度和流动电位）之间的关联。

测试方案：

采用Mach-1力学测试仪，将其与可精确测量电信号的电极阵列耦合。以牛软骨/骨盘配对样本（直径3mm）为研究对象，分别在有和无降解剂（白细胞介素-1）条件下培养11天。系统执行应力松弛、正弦位移和蠕变等多种测试协议，涵盖侧限与非侧限压缩、拉伸、压痕和弯曲等不同配置。测试采用8个直径50μm、间距300μm的铂电极线性阵列，在非侧限压缩几何条件下测量组织表面的流动电位。

测试成果：

动态刚度在IL-1处理11天后比对照组低3倍；静态刚度比对照组低4倍（0.3MPa）；降解软骨的流动电位轮廓幅值显著低于对照组。

应用价值：

为软骨退行性疾病研究提供了重要的方法学支撑。

案例二：小鼠关节软骨与颞下颌关节软骨自动化压痕测试

研究目标：

评估成纤维细胞生长因子2（FGF2）表达对小鼠股骨关节软骨和颞下颌关节髁状突软骨结构刚度的影响。

测试方案：

采用Mach-1 v500csst系统，配备三轴运动控制器，在磷酸盐缓冲液浴中使用0.3mm球形压头，对3月龄Fgf2KO基因敲除小鼠与野生型小鼠的股骨关节软骨和颞下颌关节髁状突软骨进行自动化压痕测试。

测试成果：

自动化压痕成功完成了关节软骨和颞下颌关节髁状突软骨的测试，证明了区域结构刚度差异以及Fgf2KO小鼠与野生型之间的差异。Fgf2KO小鼠股骨关节软骨的结构刚度在多个位置显著小于野生型（P<0.05）。

应用价值：

为膝骨关节炎和颞下颌关节疾病的小鼠模型软骨组织功能表征提供了量化方法。

案例三：大型动物不规则骨样品力学测试

研究目标：

验证系统对大型动物不规则骨样品的测试能力。

测试方案：

采用Mach-1测试系统对多种大型动物骨样品进行力学测试，涵盖牛椎骨、猪颞下颌关节、人椎小梁、牛椎间盘及人腰椎骨等样品。

测试成果：

相关研究成果已发表于多篇学术论文，包括牛椎骨模量测定、猪颞下颌关节剪切与压缩力学测试、人椎小梁循环压缩蠕变行为、牛椎间盘自动三维压痕映射测试、人腰椎骨压缩测试等。

应用价值：

为骨科生物力学研究提供了可靠的测试方案。

案例四：猪脊神经根拉伸力学性能测试

研究目标：

揭示脊神经根不同部位（神经束、后根、前根）的拉伸力学性能差异。

测试方案：

对37个猪脊神经样本（15个神经束、12个后根、10个前根）在处死后12小时内进行拉伸测试，系统配备17N载荷传感器。采用双线性分段拟合确定弹性模量、最大应变和破坏应力。

测试成果：

神经束、后根和前根的弹性模量分别为3.7±3.1 MPa、0.23±0.18 MPa和0.31±0.27 MPa。神经束与前根/后根之间存在显著差异（P<0.05）。

应用价值：

为脊神经根生物力学建模提供了重要的材料参数。

案例五：大鼠皮肤伤口愈合压痕映射评估

研究目标：

通过自动压痕映射技术量化评估皮肤伤口愈合效果。

测试方案：

采用Mach-1系统对4只大鼠的皮肤样本进行压痕映射测试（未处理组2只，处理组2只）。系统通过压痕测试绘制皮肤表面的物理特性分布图。

测试成果：

新型自动压痕映射技术成功揭示了疤痕及其周围区域在压缩刚度和厚度方面的空间变异。

应用价值：

为皮肤创伤愈合效果的定量评估提供了非破坏性检测手段。

案例六：溶胀药片力学性能测试

研究目标：

测量溶胀药片的机械特性，建立干燥片剂与水合片剂力学性能之间的关联。

测试方案：

片剂在蒸馏水中水合和溶胀后进行测试，对四种类型样品（区别在于制造过程中对粉末施加的不同压缩力和干硬度）进行应力松弛测量。

测试成果：

干燥片剂的力学性能（粉末的压缩力和硬度）与水合片剂的力学性能存在显著差异。

应用价值：

为制药行业药物释放行为研究和质量控制提供了重要的力学表征手段。

案例七：水凝胶力学性能测试

测试目标：

评估水凝胶在无侧限压缩条件下的力学性能。

测试方案：

采用Mach-1系统对凝胶样品进行无侧限压缩测试。将凝胶从注射器挤出后重塑为已知几何形状的圆盘（厚度约6mm），使用系统精确控制顶板进行压缩测试。系统支持在48孔板中进行高通量压痕测试，压痕同时可进行厚度测定。

应用价值：

为水凝胶在组织工程、药物递送等领域的应用研究提供了可靠的力学数据支撑。

案例八：温州医科大学转化医学实验室仪器培训与应用

应用机构：

温州医科大学附属第一医院转化医学实验室。

应用内容：

2023年3月，该实验室引进该系统并开展仪器培训。系统可进行不规则表面3D压痕mapping测试、3D表面轮廓mapping测试、3D厚度mapping测试、活体压缩同时进行电位特性测试、侧限与无限压缩测试、张力测试、剪切测试、摩擦测试、扭转测试、穿刺测试、剥离测试等综合性机电特性测试分析。仪器负责人向研究人员展示了如何使用该仪器测试组织块的力学表征。

案例九：青岛大学大型仪器共享平台

应用机构：

青岛大学。

设备配置：

Mach-1 V500csst型三维多功能微观力学测试系统，配备垂直Z轴、X/Y水平轴、扭转轴、多轴力学传感器、摄像头、机电测试腔及全套运动与分析软件。配置包括多种球形压头（直径0.2mm、0.3mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm）、扁平压头、样品固定器、拉伸夹具、三点弯曲组件等。

应用范围：

包括自动压痕和厚度映射、伤口愈合评估、培养细胞的双轴刺激、软骨修复测定、藻酸盐微球力学评估、水凝胶性能监测、药品粘着实验等。