Innováció a szenzorikában: egy új pH-érzékelő réteg sikeresen integrálva az ISFET-be

Ionérzékeny mezőerősítő tranzisztor (ISFET) a Fraunhofer IPMS-től. © Fraunhofer IPMS / ISFET érzékelőchip a Fraunhofer IPMS-től. © Fraunhofer IPMS

Egyszerűsített ábrázolás egy ISFET-ről egy Ag / AgCl referenciaelektróddal. © Fraunhofer IPMS / Simplified illustration of an ISFET with an Ag / AgCl reference electrode. © Fraunhofer IPMS

A Fraunhofer Fotonikai Mikroszondák Intézete (IPMS) jelentős előrelépést jelent a kémiai és biokémiai analitikában. A kémiai érzékelőkkel foglalkozó vezető, Dr. Olaf R. Hild által irányított csapat sikeresen kifejlesztett egy irányadó érzékréteget chip-alapú pH-méréshez, és ezt sikeresen integrálta egy ionérzékeny mezőtranszisztorra (ISFET).

A pH-érték mérése a legfontosabb mérés a kémiai és biokémiai analitikában. A Fraunhofer IPMS által kifejlesztett újszerű érzékréteg lehetővé teszi egy hagyományos referenciavezetékkel kombinálva a rendkívül pontos pH-mérést a pH 1-től pH 13-ig terjedő tartományban. A kompakt, törhetetlen érzékelő méretei 5x5 mm², és minimális driftet mutat.

Az érzékelő egyik kiemelkedő jellemzője a száraz tárolhatóság képessége. Az érzékelő működési pontja rugalmasan beállítható az építés és a működési paraméterek szerint, miközben a működtető feszültség (VDS) 1V alatt marad.

Dr. Hild, a kutatócsoport vezetője lelkesedéssel nyilatkozott a mechanikailag robusztus érzékelő által elért mérési eredményekről: »Ezekkel a tulajdonságokkal az új ISFET különösen alkalmas helyszíni környezeti analízisre.« Hangsúlyozta továbbá, hogy a következő fontos kutatási cél egy olyan érzékréteg kifejlesztése, amely lehetővé teszi egy kizárólag chip-alapú pH-mérési megoldás kialakítását, és megszünteti a hagyományos referenciavezeték szükségességét. Ez a forradalmi technológia folyamatosan gyűjtheti a környezeti adatokat hetek és hónapok során anélkül, hogy emberi beavatkozásra lenne szükség.

A Fraunhofer IPMS ionérzékeny mezőtranszisztorának fizikai alapjai

A Fraunhofer IPMS újszerű ISFET-je a fém-oxid félvezető (MOS) mezőtranszisztor technológián alapul, ahol a médiával érintkező érzékréteg egy amphotér fém-oxid rétegből áll. Ezen rétegen a pH érték szerint hidronium- vagy hidroxidionok kötődnek reverzibilisen a mérőközegből (pH-érzékeny réteg). A mérőjel a feszültség (VGS), amely a forrás és az irányító (gate) vagy a referenciavezeték (Ag/AgCl 3M KCl-ben) között mérhető.

Az egyik kutatási eredményt a „REISen” projektben érték el, amely anyagtudományi területen futó projekt, és a Szászországi Tartományi Parlament által jóváhagyott költségvetésből finanszírozott.

A Fraunhofer IPMS fejlesztései jelentősen hozzájárulnak a környezeti analitika fejlődéséhez, és új lehetőségeket nyitnak a kémiai analitika területén a pontosabb, hatékonyabb adatgyűjtéshez.