Mach-1多軸向組織和材料的力學性能測試分析系統是設計用于集合拉伸、剪切、摩擦、扭轉和3D壓痕映射等測試的一體化設備，極大的方便科研工作者的科研工作，自1999年以來，MACH-1的多軸力學測試系統已經幫助各地的數百名科學家增進和發布與生物材料、組織和軟材料相關的創新性研究。

   使用儀器進行無限制壓縮測試室測試中常用的方法。MACH-1能對極為微小的樣品進行壓縮測試，小可以到厚度50-100微米的樣品，小力可到0.015mN，位移的精度在0.1um。

   本文描述了一種從樣品（例如骨軟骨核心或圓形樣）無限壓縮過程中生成的MACH-1結果文件中提取機械參數的方法。MACH-1多功能力學測試系統的分析軟件提供了強大的數據分析處理功能。

   對于樣品在無限壓縮過程中獲得的應力松弛曲線，可以計算描述材料力學的各種力學參數，要做到這一點，為樣品使用適當的機械模型是很重要的。多年來，許多模型已經發展起來，有時研究人員不得不開發他們自己的模型來正確地描述復雜的樣品，甚至使用有限元模型。

   對于形狀相對均勻的樣品（塊，盤）可以使用相對簡單的力學模型（彈性，粘彈性）對應力松弛曲線進行基本分析，例如楊氏模量E或松弛時間t。在無限壓縮試驗中，多相材料（如水凝膠，關節軟骨）在水溶液（生理水溶液，如PBS）中平衡，應力松弛曲線必須擬合到更復雜的模型中。例如，在MACH-1分析軟件中，這些孔隙彈性材料可以擬合到線性纖維網絡增強的雙向模型中（Soulhatetal.1999）.注意溶液的性質（滲透壓，PH）也會影響許多生物或聚合物樣品的力學性能。

非均勻復合模型（即線性纖維網絡增強雙相模型）是先前開發的各向同性均勻雙相模型的擴展，通過在r、θ、z方向均勻分布且僅抵抗擴展的非線性纖維網絡來加強后者（如圖）。各向同性矩陣由排水彈性常數Em（楊氏模量）和νm（泊松比）和水力滲透性k來描述。原纖維網絡由單個原纖維的楊氏模量Ef描述，結合原纖維體積分數χ（原纖維體積/總體積）可得出原纖維網絡的等效拉伸模量，Ef=1/3χEf（因為1/3的纖維是在三個相互正交的方向）。

  孔隙彈性模型的建立：

   孔隙彈性模型參數（如水凝膠盤、關節軟骨）

  1 打開Mach-1分析，并打開無限制壓縮Mach-1結果文件。

注：每個Mach-1的結果文件可以包含許多應力松弛測試。當一個松弛測試包含多個斜坡時，它們被命名為step#1，step#2，...，step#i，其中i對應于斜坡編號。

  2 選擇適當的“stress relaxation”應力松弛測試

  3 將“Fz，N”設置為y軸，“時間，s”設置為x軸設置，如圖所示。

  4 從“Analysis”下拉菜單中，選擇無限壓縮中的孔隙彈性模型，如圖2所示。輸入相關協議中的模型參數（樣本半徑、應變、泊松比）。將實驗曲線疊加在一條對應于孔隙彈性模型的藍色曲線上，計算結果（圖所示）。請注意，如果應力松弛試驗包含多個坡道，則所有坡道都將在一個步驟中進行評估。但是，為了一次測試一個斜坡，需要選擇適當的step#i。

Mach-1分析軟件上的應力松弛函數的加載時間圖。輸入模型參數，將多斜坡曲線擬合到孔隙彈性模型上（藍線，圖中難以看到），并計算每個斜坡的孔隙彈性力學參數。

 5通過將結果復制到剪貼板并右鍵單擊圖表，可以導出分析結果和擬合到模型的曲線。

 6 如果根據協議的要求，創建一個名為“filename-unconfined compression.map”的.map文件 ，包含MT337-ART01-D描述的每個應力松弛功能對應的PixelX、PixelY和位置ID以及以下特征（Ef(i)(MPa)、Em(MPa)(MPai)和k(i)（mm^2/MPa.s））。注意，每個step#i都有專門的i列。從“Result”面板（參見上圖），報告(剪切和粘貼）文件名-無限壓縮圖對應的（Ef(i)(MPa)”、“Em(i)(MPa)”和“k(i)（mm^2/MPa.s）”列中的纖維網絡模量、平衡模量和滲透率值.

  7 對Mach-1結果文件中的所有“應力松弛”測試，重復步驟2至6。

一些基本力學參數的提取

楊氏模量（彈性模型）

 1打開Mach-1分析，并打開無限制壓縮Mach-1結果文件。

注：每個Mach-1的結果文件可以包含許多應力松弛測試。當一個松弛測試包含多個斜坡時，它們被命名為step#1，step#2，...，step#i，其中i對應于斜坡編號。

  2 在適當的“stress relaxation”應力松弛測試中選擇適當的step#i

  3 將“Fz，N”設置為y軸，“位置z，mm”設置為x軸設置，如圖3所示。

  4 從“Analysis”下拉菜單中，如圖所示選擇坡度。使用光標選擇曲線的適當部分進行分析。提取楊氏模量的推薦范圍是斜率的后50%。在實驗曲線上疊加一條與所選范圍內的斜率對應的藍色曲線，并計算出結果。

                                                                           Mach-1分析軟件中的坡度分析

  5 為了得到適當的單位下的楊氏模量E，需要考慮樣品的形狀和尺寸，并對計算出的斜率進行以下轉換：

 6 將“Fz，N”設置為y軸，“時間，s”設置為x軸設置

 7 從“分析”下拉菜單中，選擇大值和小值，如圖所示。使用光標選擇曲線分析部分。在實驗曲線上疊加兩個紅點（對應于選定范圍內的小值和大值），并計算結果。

Mach-1分析軟件的小和大分析和松弛時間計算

 8 為了獲得負載從峰值下降至（峰值平衡負載）所需時間的松弛時間t，需要考慮負載從峰值的37%下降，通過峰值負載（上圖中稱為Min Y(N)）和平衡負載（上圖中稱為Max Y(N)）計算，并進行以下轉換：

 9 從“Analysis”下拉菜單中，選擇Cursor。當光標從步驟6.8獲得的峰值的37%下降時，使用光標獲得相應值的松弛時間。

 10 使用電子表格應用程序(例如微軟Excel)，報告每個參數。通過將結果復制到剪貼板并右鍵單擊圖表，可以導出分析結果和擬合到模型的曲線。

 11 對Mach-1結果文件中的所有“應力松弛”測試，重復步驟2至10。