Преимущества пьезоэлектрических актуаторов в медицинских применениях

Производители медицинского оборудования все чаще выбирают пьезоэлектрические двигатели и актуаторы вместо традиционных электромагнитных моторов, поскольку первые обладают inherent преимуществами в дизайне медицинских устройств. Пьезоустройства currently используются в различных медицинских применениях, включая: ультразвуковые преобразователи, искусственное оплодотворение, медицинские нанолитровые микродозаторы, микромониторинг, хирургическое оборудование, МРТ-совместимые роботы, микродозирование, пермеацию клеток и визуализацию клеток в цитопатологии. Пьезоустройства также могут использоваться для обработки медицинских материалов, таких как pick-and-place системы, устройства доставки лекарств, 3D-сканирование и управление лазерными лучами, используемыми в офтальмологии, дерматологии и косметической хирургии.

2 категории на основе технологии управления

Базовая пьезотехнология для applications управления движением

Повышение производительности медицинских устройств

1. Базовая пьезотехнология для applications управления движением

На рынке today доступно many различных типов пьезоактуаторов и моторов. Ниже приведены some из наиболее commonly используемых моделей в медицинских устройствах:

a. Стековые актуаторы (наиболее common)

Характеризуются высокой силой, быстрым response и коротким ходом.

b. Сдвиговые актуаторы

Самые быстрые x-y системы на рынке. Высокая сила, очень высокая frequency. Ход обычно ограничен 20 микронами.

c. Трубчатые актуаторы

В основном используются в applications микродозирования и АСМ сканерах.

d. Изгибные актуаторы

Могут быть настроены на длительный ход (deflection) в several миллиметров, но с низкой силой и frequency.

e. Направляемые изгибные пьезоактуаторы

Бесфрикционный изгиб и усилители движения для обеспечения длительного и очень линейного движения. Диапазон движения generally пропорционален напряжению привода. Интегрированные multi-axis системы доступны на рынке. Диапазон движения до 2 миллиметров. Ожидайте бесфрикционной производительности без износа.

f. Ультразвуковые фрикционные моторы

Ультразвуковые фрикционные моторы основаны на high-frequency вибрациях пьезопластин (статоров). Они имеют неограниченное движение, high speed и быстрый response (10 миллисекунд). Вибрации передаются на слайдер или ротор через трение. Однако из-за трения разрешение generally ограничено 50 нанометрами.

g. Пьезоэлектрические шаговые моторы

Шаговые моторы имеют virtually неограниченный диапазон движения. Шаговые моторы основаны на accumulation маленьких, controllable шагов. Другие свойства включают:

• Пикометровое разрешение в jitter mode (прямой пьезопривод).
• Компактная структура и высокая сила до 155 lb (для готовых units).
• Быстрый response (менее 1 миллисекунды). Чрезвычайно высокая жесткость.

h. Ультразвуковые сенсоры

Ультразвуковые сенсоры приводятся в действие high-frequency резонирующими пластинами или дисками. Они commonly используются как сенсоры или преобразователи и в небулайзерах.

2. Повышение производительности медицинских устройств

Благодаря adoption пьезомоторов медицинские устройства могут быть сделаны smaller, более precise, lighter и easier в управлении.

Пьезоэлектрические дисковые актуаторы, такие как в микропомпе thinXXS Microtechnology AG 2000 series, используются как custom компоненты. В этом устройстве актуатор точно injects жидкости и газы.

Устройства handling и дозирования жидкостей могут использовать mechanical response пьезоактуаторов для dispensing fluids. Многослойные пьезоактуаторы — это слои пьезоматериалов, stacked вместе. Размещение many пьезоактуаторов вместе создает multiplication effect на displacement при том же напряжении, таким образом amplifying их мощность. При подаче напряжения на многослойный пьезоактуатор он расширяется, generating линейное движение и силу. При размещении рядом с fluid tube многослойный пьезоактуатор расширяется under electrical signal, pushing в трубку и forcing жидкость к release. Смещение пьезоактуатора может быть точно defined для release точного количества жидкости. Многослойные пьезоактуаторы обеспечивают rapid response, accurate линейное движение, high force generation и high load capacity, делая их cost-effective и reliable в дозаторах и системах handling жидкостей.

Пример mechanism на основе пьезодвижения можно увидеть в laser refractive eye surgery. Операция использует high-speed лазеры для разреза epithelial layer глаза и коррекции роговицы с помощью laser beam. Высокоточные нанопозиционирующие пьезокомпоненты, такие как стековые пьезоактуаторы, используются для перемещения laser beam в exact position на глазу для necessary коррекции. Пьезостековые актуаторы служат drivers в нанопозиционирующих и сканирующих системах для manipulation и управления лазером. При получении electrical input для desired пути лазера пьезоактуатор расширяется или сжимается с tiny adjustments, перемещая лазер в specified position. При работе с human eye precision и accuracy являются paramount, и пьезокомпоненты являются ideal выбором для нанопозиционирующих medical applications.

3. Заключение

Потенциальные improvements, которые пьезокомпоненты могут предложить для medical applications, limitless, и их benefits уже можно увидеть в таких areas, как laser surgery, ventilation системы и nanodosing инструменты. Пьезоактуаторы, такие как пьезоизгибные актуаторы, пьезокольца, пьезотрубки и пьезоцилиндры, обеспечивают unparalleled precision, accuracy и speed, необходимые для всех medical applications.