实现精密控制:实验室工作流程中的压电电机
压电电机和执行器凭借其高精度、高速响应及紧凑结构的优势,正通过实现传统技术无法企及的精度、可靠性和集成度,重新定义实验室仪器设备的运动控制标准。
这些产品在临床和研发实验室中被广泛采用,在数字病理学、细胞计数、床边检测、体外受精、显微镜检测、药物筛选及先进诊断等应用领域发挥着关键作用。其独特特性——包括零反向间隙、快速响应、高保持力以及紧凑结构下的可靠运行——使其在精度与可靠性至关重要的工作流程中不可或缺。
以下章节将我们的Piezo LEGS®电机和执行器的性能特点与实际应用场景进行对照,展示压电运动如何在科研与临床应用中直接提升实验室仪器的性能:

数字扫描仪具有快速稳定时间和短响应时间
响应时间短与稳定时间快是精密仪器中至关重要的运动参数。响应时间定义了执行器在接收到指令后启动运动的速度,而稳定时间则指系统达到目标位置并在公差范围内保持稳定所需的时间。任一参数的过度延迟都会导致定位延迟,降低有效吞吐量,并在扫描应用中引发图像模糊或配准误差。 针对这两项特性优化的运动系统,可实现快速轴向转换与即时位置稳定性,这对高频成像、自动对焦流程及体积数据采集至关重要。以下通过三个典型应用案例,展示我们的Piezo LEGS®电机如何发挥作用:
高内涵筛选(HCS)
在高通量筛选系统中,速度与精度直接决定了吞吐量。短响应时间使载物台或物镜能在各位置间快速移动,而快速稳定特性则确保系统在图像采集前几乎瞬间完成稳定——这两大特性正是Piezo LEGS®的核心优势。二者协同作用,实现跨数千孔板的高速自动对焦与Z轴堆栈采集,在不牺牲图像质量的前提下显著提升生产效率。
我们提供的解决方案示例:
XYZ机器人平台或完整OEM转盘:高速亚微米级Z轴堆叠与倾斜成像采集
PiezoLEGS:LT20、LT40——物镜Z轴运动系统,实现亚微米级快速定位与连续自动对焦
控制器:PMD/301/401/501系列
成像流式细胞术
对于扫描板或微流体腔室的图像流式细胞仪而言,每次在孔位或视野间的移动都可能造成延迟。短响应时间可最大限度减少空行程,而快速稳定性确保载物台在精确成像位置保持稳定。这种组合缩短了每孔的循环时间,确保高通量流式细胞分析既能实现高速运行,又能提供可靠的测量精度。
我们提供的解决方案示例:
XYZ机器人平台或 全OEM转盘:实现亚微米级Z轴堆叠与倾斜成像的快速采集
PiezoLEGS系列:LL06、LL10、LT20、LT40——支持独立Z轴物镜移动(部分型号)
控制器:PMD/301/401/501/502
数字病理扫描仪
全玻片成像技术需在不平整的组织样本上实现快速拼接与频繁重新对焦。基于Piezo LEGS®马达的快速响应对焦机制,确保物镜在每个拼接区域都能迅速调整,而优异的稳定时间特性使成像过程可立即启动,避免振动造成的图像模糊。这些特性直接提升了高通量实验室的日常玻片处理效率,并确保诊断图像质量始终如一。
我们提供的解决方案示例:
XYZ机器人平台或 全OEM转盘:实现快速、高分辨率的全玻片数字化
PiezoLEGS:LL10、LT20及LT40——物镜、Z轴亚微米级运动,支持全玻片成像过程中的精细对焦与自动对焦映射。
控制器:PMD/301/401/501
在扫描电子显微镜和薄层显微镜应用中实现零反冲
零间隙是精密运动系统的基础要求。齿轮或螺杆传动中的机械间隙会引入定位误差、滞后现象及不稳定性,这些问题无法通过软件修正。消除间隙可确保真正的重复性和稳定性,这对要求亚微米或纳米级精度的应用至关重要。以下两个应用案例说明了零间隙在实践中的关键意义:
扫描电子显微镜(SEM)
扫描电子显微镜载物台需处理从微小芯片到数公斤载体的各类样品尺寸,并在重载条件下实现亚微米级可重复定位。载物台XY轴、倾斜轴或旋转轴的任何机械间隙都会导致定位误差、光束偏移或自动化成像过程中的重复性下降。 采用零间隙压电LEGS®技术的平台确保样品定位平滑精准且无机械间隙,直接提升图像稳定性与重现性。
我们提供的解决方案示例:
XYZTR机器人平台,高负载:实现克级至低公斤级样品的亚微米级精密定位
PiezoLEGS:LL06、LL10、LT20——用于聚光镜与物镜光阑的精密XY调节
控制器:PMD401/501/502
薄光片显微镜
薄光片系统依赖于精密的XYZ(通常还包括旋转)运动,使脆弱的活体或透明化样本在照明平面内精准移动。即使微小的反向间隙也会导致样本漂移、体积模糊或三维重建中的拼接错误。零反向间隙的Piezo LEGS®载物台消除了这一误差源,实现清晰的高分辨率体积成像,并支持多角度采集与稳定对齐。
我们提供的解决方案示例:
XYZθ四轴LPS与RPS PiezoLEGS机器人平台:粗调/微调XYZ样品平移及三维旋转
PiezoLEGS系列:LL10、LT20、LT40——适用于晶格光片应用中的物镜/Z轴亚微米级运动
控制器:PMD/301/401/501系列
非磁性,适用于透射电子显微镜与X射线显微镜的高真空兼容性
非磁性操作与高真空兼容性是先进成像与加速器技术中运动系统的基本要求。 磁性部件会扭曲电子或离子束,而材料的脱气现象或不适宜材质则会破坏高真空环境。专为非磁性真空工况设计的运动解决方案,可在无干扰状态下确保稳定运行,使这些严苛系统中的对准、聚焦及样品操作得以可靠实现。以下应用案例展示了非磁性设计与真空兼容性相结合如何在苛刻环境中实现可靠运行:
透射电子显微镜(TEM)
透射电子显微镜依赖于高真空柱内极其稳定的电子束对准和纳米级样品定位。任何磁场干扰都会偏转电子束,而相容性材料的脱气现象则会破坏真空完整性。非磁性、真空兼容的Piezo LEGS®平台确保网格和孔径的精确定位,同时不干扰电子束路径稳定性,从而实现高分辨率成像与衍射研究。
我们提供的解决方案示例:
XYZRxRyRz压电腿式平台:纳米级样品定位与角度控制
压电腿式平台:LL10、LT20型号,高真空兼容且无磁性——实现聚光镜、物镜、SA及衍射孔径的亚微米级XY调节
控制器:PMD401/501/502系列
X射线显微镜
X射线显微镜在受控环境中使用光束定义孔径、准直器和样品台,这类环境通常兼具真空与非磁性要求。即使微小的定位误差或磁干扰,也可能在长时间曝光过程中导致重建图像失真。真空兼容的Piezo LEGS®致动器可实现样品与光学元件的稳定XYZ定位,确保以亚微米级精度完成可靠的多小时成像运行。
我们提供的解决方案示例:
XYZ PiezoLEGS 机器人平台:在高真空与非磁性环境中实现亚微米级样品定位
PiezoLEGS:LL10 & LT20型号,高真空与非磁性环境——亚微米级准直器移动用于光束对准与孔径控制
控制器:PMD401/501/502系列
回旋加速器
紧凑型回旋加速器的出现正在改变医学影像与研究中心获取PET同位素的方式。传统回旋加速器体积庞大、结构复杂,仅适用于大型机构。而现代紧凑型系统使医院、大学及小型研究实验室能够就地生产同位素,既摆脱了对集中化设施的依赖,又减少了运输过程中的同位素衰变损失。
在紧凑型回旋加速器中,多个靶槽可沿束流提取路径环形布置。为在同位素或靶材间切换,束流或靶材支架必须以微米级精度重新定位。 非磁性线性执行器(如我司Piezo LEGS®)已在真空腔体内部、靠近提取区域的位置成功应用。其非磁性特性确保不会扰动引导射线的磁场。此外,该执行器通过真空认证(采用低脱气材料及真空兼容结构),不会降低腔体真空度。
该执行器可实现目标间的快速切换,从而提升吞吐量与灵活性。反之,若将执行器置于真空室外部,则需采用复杂的机械穿墙结构、更长的传动机构,且可能引发真空泄漏。此类紧凑型非磁性运动解决方案,依托我们的Piezo LEGS®技术,已成为新一代台式回旋加速器实现可靠高效同位素生产的关键使能器件。
我们提供的解决方案示例包括:
LT20,非磁性,真空兼容:适用于真空环境及放射性环境中的电子束定位。LR23-50,非磁性,真空兼容:在零磁场环境中运行时的系统校准。
在微操纵器驱动的应用中实现零漂移
零漂移是精密微操作中决定性的性能特征。传统载物台的机械蠕变或热膨胀会导致位置误差逐渐累积,迫使操作者在长期实验中不断重新调整。相比之下,真正的零漂移系统即使在纳米级分辨率下也能保持数小时的稳定定位,这对需要持续稳定性的应用至关重要。以下两个应用案例将阐明此观点:
电生理学:全细胞膜片钳与神经像素记录技术
在电生理学中,无论是膜片钳还是神经像素实验,都要求绝对的位置稳定性。一旦微吸管或探针与神经元形成密封,即使是纳米级别的位移也可能导致密封破裂或记录点偏移。 零漂移微操纵器能无限期维持电极稳定性,实现无需操作员干预的长期记录。这种稳定性对高通道数神经像素探针尤为关键——任何漂移都会破坏多点同步记录的完整性。
我们提供的解决方案示例:
Sensapex微操纵器套件(含显微镜及控制器):用于膜片钳技术、活体神经像素记录及光遗传学研究
胞浆内单精子注射(ICSI – 即将推出)
在体外受精(IVF)过程中,卵胞浆内单精子注射(ICSI)技术需借助微注射吸管对卵细胞膜进行精细且可重复的穿透操作。对准后的任何偏移都可能导致细胞损伤或注射位置偏差。零漂移微操纵器可确保注射吸管在整个操作过程中始终与卵细胞精确对准,从而保障操作可重复性、减轻操作人员负担,并直接提升受精成功率。
我们提供的解决方案示例包括:
Sensapex微操纵器套装(含显微镜及控制器):适用于膜片钳技术、在体神经像素记录及光遗传学研究
光学物镜Z轴运动的高力-尺寸比与保持强度
物镜通常是重量级光学组件,在成像过程中必须以纳米级精度定位并保持绝对稳定。PiezoLEGS®致动器以紧凑结构提供卓越的推力输出,使其能够在无需笨重机械结构的情况下承载并移动这些负载。与电磁或螺杆驱动方案不同,它们在静止状态下仍能保持全保持力且不消耗能量,即使光学系统垂直放置时也能防止漂移或下垂。
紧凑结构、高推力与稳定的保持力相结合,使其成为多类仪器中物镜定位的理想选择。在数字病理扫描仪中,它们能对大面积组织区域进行快速精准的对焦调节。 在高通量显微成像与流式细胞术系统中,它们支持快速自动对焦及重复Z轴堆叠,全程无振动或沉降误差。在薄光片显微镜中,它们能稳定高数值孔径物镜——当载物台移动时,这些物镜必须保持固定。即便在电子显微镜领域,这些特性对于高真空柱内孔径与物镜定位同样至关重要。
实验室自动化解决方案:经济高效、精准可靠、结构坚固且紧凑的多轴运动系统
我们的可定制机器人平台提供1轴、2轴、3轴或4轴配置,将步进驱动的XY运动与可选压电驱动的Z轴相结合,实现亚微米级精度,构成了现代实验室自动化的核心支撑。这些紧凑型机器人支持板处理、菌落挑取、测序工作流程、PCR设置及样品制备等应用,确保与现有平台无缝集成。
我们的XYZ平台提供快速可靠的运动控制,在缩短循环周期的同时,确保微孔板和实验室器皿始终保持微米级精度的定位精度。通过实现多层板位间的自动化移动,该平台显著缩短无人值守时间并减少人工干预。
在上游和下游工作流程中,例如PCR、NGS文库制备或高通量筛选,相同的紧凑型平台可提供强劲的辅助运动功能,用于在设备间穿梭转移板、向液体处理工作站供料,或定位实验室器皿以进行成像和分析。 其有效载荷范围为250克至500克(0.55至1.1磅),占地面积仅215毫米×250毫米(8.5英寸×9.8英寸),可直接嵌入模块化系统,无需占用宝贵的台面空间。
通过融合成本效益、速度、精度、稳健性和灵活的轴配置,Acuvi的机器人平台提供可扩展的运动解决方案,强化端到端液体处理工作流程,并扩展实验室的自动化能力。
