Innovazione nella sensoristica: Nuova sviluppo di uno strato sensore di pH integrato con successo in ISFET

Transistore a effetto di campo sensibile agli ioni (ISFET) del Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Chip sensore ISFET del Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Rappresentazione semplificata di un ISFET con un elettrodo di riferimento Ag / AgCl. © Fraunhofer IPMS / Simplified illustration of an ISFET with an Ag / AgCl reference electrode. © Fraunhofer IPMS

Il Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS annuncia un progresso significativo nell'analisi chimica e biochimica. Il team guidato dal responsabile del settore per i sensori chimici, Dr. Olaf R. Hild, ha sviluppato con successo un rivestimento sensore innovativo per la misurazione del pH su chip e lo ha integrato con successo in un transistor a effetto campo ionico sensibile (ISFET).

La misurazione del pH è la più importante nelle analisi chimiche e biochimiche. Il nuovo rivestimento sensore sviluppato dal Fraunhofer IPMS consente, in combinazione con un elettrodo di riferimento convenzionale, una misurazione del pH estremamente precisa nell'intervallo esteso da pH 1 a pH 13. Il sensore compatto e infrangibile, con dimensioni di 5x5 mm², si distingue per una deriva minima di

Una caratteristica eccezionale del sensore è la sua capacità di essere conservato asciutto. Il punto di lavoro del sensore può essere regolato in modo flessibile attraverso la struttura e i parametri operativi, con una tensione di alimentazione (VDS) inferiore a 1V.

Il Dr. Hild, responsabile del team di ricerca, ha espresso entusiasmo per i dati di misurazione ottenuti dal sensore meccanicamente robusto: «Con queste caratteristiche, il nuovo ISFET è particolarmente adatto per l'analisi ambientale sul campo.» Ha inoltre sottolineato che il prossimo obiettivo di ricerca importante consiste nello sviluppo di un rivestimento sensore che consenta una soluzione di misurazione del pH completamente basata su chip, eliminando la necessità di elettrodi di riferimento convenzionali. Questa tecnologia rivoluzionaria potrebbe raccogliere dati ambientali in modo continuo per settimane e mesi, senza bisogno di intervento umano.

Fondamenti fisici del transistor a effetto campo ionico sensibile del Fraunhofer IPMS

Il nuovo ISFET del Fraunhofer IPMS si basa sulla tecnologia del transistor a effetto campo a semiconduttore ossido-metallo (MOS), con un'area sensibile ai media costituita da uno strato di ossido metallico anfotero. Su questo strato si adsorbono reversibilmente ioni idronio o idrossido dal mezzo di misura in funzione del pH (strato sensibile al pH). Come segnale di misura si utilizza la tensione (VGS) tra la sorgente e il gate o l'elettrodo di riferimento (Ag/AgCl in 3M KCl).

Alcuni dei risultati della ricerca sono stati ottenuti nel progetto "REISen", un progetto nel campo delle scienze dei materiali, cofinanziato con fondi pubblici sulla base del bilancio approvato dal Parlamento sassone.

Gli sviluppi del Fraunhofer IPMS contribuiscono in modo significativo all'avanzamento dell'analisi ambientale e aprono nuove possibilità per una raccolta dati più precisa ed efficiente nel settore dell'analisi chimica.