Rendere Disponibile Gratuitamente una Tecnologia Rivoluzionaria

La microscopia è una delle tecnologie che si reinventa costantemente. I primi microscopi dell'inizio del 17^° secolo avevano un design molto semplice, ma innumerevoli sviluppi hanno costantemente aumentato le loro prestazioni. Che si tratti di rivestimenti antiriflesso che assicurano meno luce diffusa e immagini con un contrasto molto più elevato, di nuovi materiali per lenti che riducono la dispersione dei colori e permettono ottiche più complesse, delle teorie rivoluzionarie di Ernst Abbe, che fu il primo a calcolare come aumentare la risoluzione, o delle tecniche di super-risoluzione per campioni fluorescenti e della microscopia lightsheet con una diffusione della luce significativamente ridotta attraverso il campione. Questa lista potrebbe essere estesa all'infinito e fino ad oggi, le innovazioni della microscopia sono la forza trainante di nuove scoperte in molte discipline.

Oltre agli ulteriori sviluppi da parte dei grandi produttori di strumenti, sono spesso i ricercatori ingegnosi delle università e degli istituti che richiedono design di microscopi davvero speciali per i loro esperimenti e li costruiscono da soli nel loro studio. Un esempio è il Flamingo Light Sheet Microscope di Huisken Labs al Morgridge Institute for Research (Madison, WI) o IsoView, anch'esso un microscopio a foglio di luce - sviluppato da Philip Keller e dal suo team di ricerca al Janelia Research Campus dell'Howard Hughes Medical Institute di Ashburn (Virginia). Il GATTAscope, che utilizza la tecnologia TIRF insieme alle tecniche STORM, è uno di questi sviluppi in-house. I design risultanti sono spesso condivisi su Internet e si è sviluppata una comunità globale che utilizza microscopi identici per confrontare i risultati scientifici di un gruppo di ricerca con il proprio lavoro.

Non solo la conoscenza delle applicazioni e i risultati della ricerca, ma anche i dettagli di queste configurazioni, compresi tutti i componenti utilizzati, vengono scambiati a livello globale tra le comunità. Oltre alle informazioni sui produttori di laser e ottiche, di telecamere e software, il focus è anche sui sistemi di posizionamento, le loro tecnologie di azionamento e le soluzioni di controllo. Ogni esperimento presenta le proprie richieste sul design del microscopio e sui sistemi di posizionamento in esso utilizzati.

PI offre una varietà di diversi tipi di azionamento per soddisfare i vari requisiti in materia di corsa, dinamica, precisione, dimensioni, ecc. Questi possono essere divisi sommariamente in due classi: Azionamenti basati su piezo e motori elettrici.

PI utilizza componenti piezoceramici sviluppati internamente per i propri azionamenti basati su tecnologia piezo. Questi sono gli attuatori piezo PICMA^® totalmente isolati utilizzati negli scanner per obiettivo PIFOC. Gli attuatori sono azionati da guide a flessione e consentono corse fino a 460 µm e i nuovi modelli permetteranno anche corse fino a 800 µm. Inoltre, sono caratterizzati da una risposta più rapida e da una durata significativamente superiore a quella degli azionamenti a motore - sono stati comprovati fino a 100 miliardi di cicli senza guasti. Gli assi lineari PIHera basati sullo stesso principio sono usati per esempio nel microscopio a fogli di luce IsoView per spostare l'obiettivo. I sensori capacitivi, integrati misurano con una risoluzione subnanometrica senza contatto. Offrono un'eccellente linearità di movimento, stabilità a lungo termine, e una larghezza di banda nella gamma dei kHz.

Anche i Motori Ultrasonici PILine^® si basano sulla tecnologia piezo. Consentono il movimento lineare con praticamente qualsiasi corsa e di rotazione. I dispositivi ultrapiatti possono essere facilmente integrati meccanicamente e raggiungono una velocità massima tipica di 100 mm/s con una ripetibilità di posizione bidirezionale nell'intervallo di ±500 nm. Una caratteristica particolare di questi azionamenti è la forza di tenuta a riposo e una volta spenti. Una posizione raggiunta viene mantenuta meccanicamente stabile senza ulteriore apporto di energia e calore. Le applicazioni con un basso duty cycle che sono alimentate a batteria o sensibili al calore beneficiano di queste caratteristiche. PI offre diversi stage XY standard basati sulla tecnologia a ultrasuoni. Sono disponibili anche dispositivi lineari a singolo asse o rotatori. Per esempio, la piattaforma di rotazione U-628 gioca un ruolo cruciale nel microscopio Flamingo a fogli di luce.

Nel campo degli azionamenti elettromeccanici, PI offre un'ampia selezione di slitte lineari a vite e ad azionamento diretto, nonché varianti di motori servo e passo-passo. Per esempio, lo stage lineare compatto L-505 con motore affiancato viene utilizzato nel LSFM Flamingo. Questo viene utilizzato per muovere la camera del campione lungo l'asse ottico. Serve a creare stack Z che permettono di visualizzare il campione nella sua interezza in tre dimensioni.

Gli azionamenti lineari elettromeccanici possono essere impilati ove necessario e possono anche essere combinati con i goniometri per ottenere il posizionamento in diversi gradi di libertà. Il portafoglio tecnologico è completato dagli azionamenti voice coil estremamente dinamici. Questi ultimi sono utilizzati, per esempio, nei posizionatori in Z con corse di diversi millimetri.

Insieme alle proprietà meccaniche della piattaforma, anche la possibilità di controllo gioca un ruolo decisivo nel suo utilizzo. I controllori sviluppati da PI con interfacce SW per tutti gli ambienti di sviluppo più comuni permettono un controllo preciso del drive - a seconda dei requisiti del relativo esperimento. E c'è di più: Sebbene sia normale che un controller possa gestire diversi assi di movimento simultaneamente, i controller di PI possono farlo anche attraverso le varie tecnologie. Per esempio, gli assi azionati da motori passo-passo e da motori a ultrasuoni possono essere azionati per mezzo di un solo controller. Questo permette un movimento coordinato e i sistemi si comportano in modo molto più dinamico. Il 'General Command Set' (GCS) standardizzato che è lo stesso per tutti i controllori PI supporta anche questa possibilità. Il General Command Set (GCS) assicura la massima compatibilità all'interno dei sistemi di posizionamento PI, indipendentemente dal principio di azionamento in uso, e facilita anche l'aggiornamento e il successivo upgrade. Questo rende l'avviamento, l'operatività e la programmazione molto più semplici: Vari sistemi di posizionamento possono essere impiegato allo stesso tempo ed altri sistemi possono essere integrati col minimo sforzo. Il GCS inoltre semplifica notevolmente lo sviluppo di applicazioni specifiche del cliente.

Il chip ID permette anche un facile utilizzo dei posizionatori PI. Memorizza i dati di calibrazione di sensori e attuatori. Quando si installa per la prima volta, il controllore legge questi dati e non è più necessaria una parametrizzazione lunga e laboriosa da parte dell'utente.

Alla domanda quale sistema di posizionamento sia adatto al compito da svolgere non si può rispondere in termini generali. I seguenti fattori sono decisivi per la scelta:

• Qual è la corsa?
• Quanto deve essere accurato il posizionamento del campione o dell'ottica?
• Quali sono i miei requisiti per la dinamica?
• Quanto spazio è richiesto o disponibile? 
• Quali altri vincoli devo considerare?
  Per esempio: Campo di temperatura, atmosfera (pressione, umidità), magnetismo...

L'ampia gamma di tecnologie di azionamento e i sistemi di posizionamento basati su di esse permettono a PI di trovare una soluzione adatta praticamente a tutte le applicazioni. Esperti di applicazioni appositamente formati forniscono supporto nel processo di selezione.