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想要实现纳米级移动?让TA来助你一臂之力

2022.04.15

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显微操纵器,具有精密的传动和机械结构,可完成人手不能从事的精细运动的操作。主要应用于膜片钳实验、显微注射类实验及机械定位等场景。根据显微操纵器控制移动的方式,一般分为手动、电动显微操纵器。手动模式由于精度多为微米级别,且难以稳定控制移动速度,因此使用场景比较受限。相比之下,电动模式稳定性高,精度可以控制几十到几百纳米范围内,而且对环境要求相对比较低。

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     点击图片,了解电动显微操纵器   

为什么电动模式可以实现稳定性高、精度高?因为电动模式中多使用步进电机驱动。步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置,通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量,可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下,使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统,可以实现精确的位置和速度控制。

现在常用的步进电机主要分为三类,包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HS),其特点各不相同。

1)永磁式步进电机:一般为两相,转矩和体积较小,永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大,一般为7.5度或15度;

2)反应式步进电机:一般为三相,可实现大转矩输出,定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小,一般为1.5度、但动态性能差、噪声、振动都很大,可靠性难保证。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩;

3)混合式步进电机:指混合了永磁式和反应式的优点。其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。它又分为两相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为  0.72度。

下图生动的演示了两相步进电机的工作原理:其转子有50齿,而定子只有48齿,分为8个主极。如果将这8个主极分为4对,我们会发现其中1对定子与转子的齿牙是完全对齐的,一对定子与转子的齿牙是错牙的,另外两组的定子与转子的齿牙则是半对齐的。当给定子一个脉冲信号时,定子磁场发生变化,转子就会轻微移动以便与定子齿位对齐,在全驱动情况下,每次移动都是一个凹齿或者凸齿的一半,这个角度就是1.8度。如果是半步驱动的话,角度会进一步减小,也就是0.9度。

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MM-500电动显微操纵器

MM-500电动显微操纵器,采用两相混合式步进电机,搭配软件操作。通过精巧的设计,可实现纳米级移动精度,而且可承载更大的负载。例如可承载R-480玻璃微电极注射泵(约160g)或KDS Legato 130微量注射泵(约500g),再搭配MP-500微电极拉制仪形成纳升级与微升级显微注射解决方案,完成对斑马鱼、线虫等胚胎、幼体的超精细显微注射。

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