應用領域	醫療衛生,環保,生物產業

多尺度壓痕儀

Biomomentum mach-1 多功能3D壓痕儀

(極軟硬多功能多材料壓痕儀)

該多功能3D壓痕儀（極軟硬多功能多材料壓痕儀），模量范圍廣3Pa-670Gpa,可壓痕超軟超硬廣泛材料組織（超軟凝膠和硬骨）,可48孔板中高通量壓痕,壓痕同時進行厚度測定，，可集成3D輪廓表面形貌表征、拉伸、壓縮、三彎曲、四點彎曲、扭力、剪切、摩擦磨損、電特性等各種力電多物理場測試。能對極軟、極硬組織材料進行精密可靠的機械刺激和表征。允許表征的機械性能包括剛度、強度、模量、粘彈性、塑性、硬度、附著力、腫脹和松弛位移控制運動各種機械特性

該3D壓痕儀功能特性：

1、多軸向多功能多材料應用范圍廣:

◆樣品范圍廣：極軟腦組織泡沫到陶瓷、金屬

◆模量范圍廣3pa到670Gpa

◆無需表面平坦，可在不規則表面壓痕（剛度、硬度、厚度、表面輪廓等測試）

◆壓痕不要求壓縮軸垂直于樣品表面對齊

◆可模塊化集成多軸向多功能多材料：可集成3D輪廓表面形貌表征、拉伸、壓縮、三彎曲、四點彎曲、扭力、剪切、摩擦磨損、電特性等各種力電多物理場測試。

◆壓痕同時可測量厚度信息

◆紅寶石壓頭，堅固不易斷,使用成本低

◆樣品不需要從組織中收集

◆組織的破壞小

◆維持被測材料的機械環境及其與周圍材料的相互作用

◆自動mapping

◆亞微米分辨率

◆一臺儀器即可進行從納米到宏觀尺度的壓痕
◆從小位移（幾納米）到大位移（大50mm）的壓痕
◆大載荷范圍（從0.025mN 到 250N）以滿足樣品特性的要求
◆大載荷范圍對測量粗糙表面尤為有用
◆可以在將樣品浸入溶液中的情況下進行
2、高分辨率:
1.1、位移分辨率達0.1um
1.2、力分辨率達0.025mN
3、行程范圍廣：50-250mm
4、體積小巧、可放入培養箱內
5、產品成熟，30年歷史，文獻量上千篇
Biomomentum對傳統壓痕技術進行了改進和擴充，壓痕時不要求壓縮軸垂直于樣品表面對齊，無需表面平坦，即可在不規則表面壓痕全自動壓痕mapping和厚度測試mapping（壓痕通常要求被測試的表面是平坦的，并且還需要垂直于關節表面的壓縮軸）：
該MACH-1 V500 CSS的3D“正常壓痕"函數地檢測XY位置處的表面高度和方向，并記錄載荷（多軸向載荷單元），同時以不同速度移動測試儀的三個軸平臺，以便以預定義的方式移動球形壓頭。沿著垂直于樣品表面的虛擬軸的位移分布。利用該系統*的多軸能力、數字圖像相關（Digital Image Correlation,DIC）測量全場應變廣泛應用于組織材料力學、斷裂力學、微觀納米應變測量、各種新型材料測量，允許壓痕測試的所有點，同時克服了傳統壓痕的局限性。
系統壓痕功能類型：
一、3D法向量壓痕映射（3D NORMAL INDENTATION MAPPING）功能：

機械壓痕是一種快速、無損的生物組織評估技術。近，Biomomentum 改進和增強了這種技術，biomomentum 解決了壓痕通常要求被測表面是平坦的，并且還要求壓縮軸與關節面垂直對齊問題，具有映射能力和不必垂直、非平坦不規則表面壓痕，利用這些突破，新研究設計的效率大大提高。多軸機械測試儀 Mach-1 v500css 的 3D“正常壓痕"功能可檢測 XY 位置表面的高度和方向并記錄載荷（多軸測力傳感器），同時以不同速度移動測試儀的三個階段為了沿著垂直于樣品表面的虛擬軸移動具有預定位移輪廓的球形壓頭。利用 Mach-1 v500css 測試儀*的多軸功能，Biomomentum 開發了新穎的功能，可以發揮壓痕測試的所有優勢，同時克服傳統限制。這一技術進步依賴于向 Mach-1 Motion 軟件添加的兩個功能：“掃描 XY"和“正常壓痕"。 “掃描 XY"功能在預定義位置移動測試儀的 X 和 Y 水平平臺，然后在這些位置中的每一個執行一系列功能。應該提到的是，使用 Biomomentum 的“Cartilage Mapping"軟件處理的樣本的俯視圖可以輕松生成這樣的位置列表。 “普通壓痕"功能可檢測 XY 位置處的表面高度和方向并記錄載荷（多軸稱重傳感器），同時以不同速度移動測試儀的三個平臺，以移動具有預定義的球形壓頭沿垂直于樣品表面的虛擬軸的位移分布。
二、壓痕（剛度）功能：

壓痕測試是一種非常方便的無損測量樣品機械性能的方法。與需要從表面采集樣品的無側限壓縮測試不同，壓痕保持樣品在感興趣位置的機械環境及其與周圍材料的相互作用。這允許重復測試。在此測試配置中，將球形壓頭垂直于樣品表面壓在樣品上，同時記錄施加的位移和產生的載荷。使用理論模型，可以根據應力-應變曲線計算材料剛度。

三、壓痕（硬度）Indentation (Hardness)功能：

壓痕硬度測試是測量固體材料在承受壓縮力后抵抗持久性損壞的常規方法。使用具有已知幾何形狀的非常堅硬的尖頭壓頭，可以壓縮樣品并測量產生的壓痕。通過簡單的計算，得到的壓痕幾何形狀可以與樣品的硬度直接相關。因此，建議搜索文獻以選擇適合特定應用的佳壓頭。低負載測試（10N 以下）稱為顯微壓痕硬度測試，而較高負載測試（10N 以上）稱為宏觀壓痕硬度測試。硬度通常使用無量綱數字報告（流行的尺度是 Rockwell、Vickers 和 Berkovich）。

四、3D 厚度映射（3D THICKNESS MAPPING）
在稱重傳感器下方使用針式探頭，還可以繪制表面輪廓和更硬基底上的材料層（例如骨骼上的軟骨層）的厚度。這是使用“掃描 XY"和“查找接觸"功能完成的。 “查找接觸"功能以恒定速率移動針頭，直到它穿透上部材料（例如軟骨）表面，并在檢測到過渡到更硬的材料（例如骨骼）時停止。表面的垂直位置（載荷開始增加的位置）和界面的垂直位置（位移/力曲線中的個拐點）之間的差異提供了垂直厚度。可以使用先前使用 Mach-1 Motion 軟件中的“Normal Indentation"功能獲得的表面方向來計算厚度分布。

五、3D輪廓測量 (3D Profilometry)
輪廓測定被認為是表面相對于接觸輪廓儀的觸針（在表面上滑行）移動時的表面高度的圖形。隨著許多非接觸（光學）輪廓測量技術的出現，這種觀念正在發生變化，其中表面高度被映射在XY網格上（例如通過激光束三角測量）。
使用該mach-1多軸機械測試儀，可以通過用表面上的一系列非常輕的接觸掃描表面來執行類似的非破壞性表征。在每個位置處，將小球形壓頭降低到表面上，直到測力傳感器檢測到預定載荷（低至幾uN）。次接觸檢測時壓頭的垂直位置是表面的局部高度。根據測試儀規格，可以在具有寬范圍剛度（幾kPa到幾百GPa）的樣品上實現亞微米分辨率。該技術不受光學偽影的影響，并且可以在溶液中的樣品液體中進行。
六、2D輪廓測量 (2D Profilometry)

輪廓測定被認為是表面相對于接觸輪廓儀的觸針（在表面上滑行）移動時的表面高度的圖形。隨著許多非接觸（光學）輪廓測量技術的出現，這種觀念正在發生變化，其中表面高度被映射在XY網格上（例如通過激光束三角測量）。使用該mach-1多軸機械測試儀，可以通過用表面上的一系列非常輕的接觸掃描表面來執行類似的非破壞性表征。在每個位置處，將小球形壓頭降低到表面上，直到測力傳感器檢測到預定載荷（低至幾uN）。次接觸檢測時壓頭的垂直位置是表面的局部高度。根據測試儀規格，可以在具有寬范圍剛度（幾kPa到幾百GPa）的樣品上實現亞微米分辨率。該技術不受光學偽影的影響，并且可以在溶液中的樣品液體中進行。
多尺度壓痕儀 生物材料壓痕儀

產應用文獻：
骨髓間充質干細胞原位 scSOX9 誘導的軟骨修復的長期療效
Zhang X, Wu S, Zhu Y, Chu CQ
關節炎風濕病。2018; 70（增刊 10）。摘要編號 850
背景/目的：微骨折誘導纖維軟骨或纖維-透明軟骨在生物力學上均不如透明軟骨。我們之前報道過超正電荷 SOX9 (scSOX9) 通過誘導間充質干細胞分化為軟骨細胞和促進透明樣軟骨改善微骨折誘導的軟骨修復質量。在這里，我們通過評估修復軟骨的生物力學特性，檢查了用 scSOX9 微骨折誘導的軟骨修復的長期療效。
方法：在新西蘭雌性兔的右側股骨滑車溝處形成軟骨缺損并進行微骨折。scSOX9 通過膠原膜在微骨折部位給藥。在 12 周時通過大體形態、組織學和基質成分評估軟骨修復。取出股骨遠端進行生物力學測試。
結果：兔軟骨缺損僅采用膠原膜微骨折治療；帶有 SOX9 突變體、scSOX9-A76E 或帶有 scSOX9
分別。手術后觀察兔子 12 周。scSOX9處理組誘導透明樣軟骨，而膠原膜僅誘導纖維軟骨，突變體scSOX9-A76E誘導軟骨修復效果不佳。scSOX9處理組的軟骨基質顯示出高度富集
蛋白聚糖含量。scSOx9誘導的修復軟骨厚度與同一區域的正常軟骨相當。而膠原膜僅誘導較薄的軟骨層，scSOX9-A76E治療組的修復組織更差。符合
組織學數據和修復軟骨的厚度，scSOX9誘導的軟骨的力學性能也與正常軟骨相似（圖1）。
結論：這項長期體內研究表明，當在微骨折部位給藥時，scSOX9 能夠誘導具有透明軟骨特征和接近正常生物力學特性的修復組織。scSOX9 誘導的軟骨修復長期持久。總之，這項技術有可能轉化為軟骨修復的臨床應用，以防止進展為骨關節炎。