Novedoso desarrollo para la medición del pH
La innovación en la tecnología de sensores abre nuevas posibilidades para una adquisición de datos más precisa y eficaz en el campo del análisis químico
El Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos IPMS anuncia un avance significativo en el análisis químico y bioquímico. El equipo dirigido por el Dr. Olaf R. Hild, Jefe de la Unidad de Negocio de Tecnología de sensores químicos, ha desarrollado con éxito una capa sensora pionera para la medición del pH basada en chips y la ha integrado con éxito en un transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET).
Chip sensor ISFET de Fraunhofer IPMS.
© Fraunhofer IPMS
El pH de una solución es el parámetro más importante en los análisis químicos y bioquímicos. Un ISFET con una novedosa capa sensora desarrollada por Fraunhofer IPMS, en combinación con un electrodo de referencia convencional, permite medir con gran precisión el pH en el rango comprendido entre pH 1 y pH 13. El chip sensor, compacto e irrompible, con unas dimensiones de 5 x 5 mm², se caracteriza por una deriva mínima de < 20 µV/h, así como por una histéresis baja, al tiempo que resulta fácil de integrar. También se ha logrado una mejora significativa en la reducción de la sensibilidad a la luz.
La capacidad de almacenamiento en seco del sensor es una de sus principales ventajas. Además, el punto de funcionamiento eléctrico del sensor puede ajustarse de forma flexible mediante el diseño y los parámetros de funcionamiento, siendo posible una tensión de funcionamiento (VDS) inferior a 1V.
El Dr. Hild, jefe del equipo de investigación, expresó su entusiasmo por los datos de medición obtenidos por el sensor mecánicamente robusto: "Con estas propiedades, el nuevo ISFET es especialmente adecuado para el análisis medioambiental in situ". El Dr. Hild subrayó a continuación que el siguiente objetivo importante de la investigación es desarrollar una capa de sensores que permita una medición del pH basada exclusivamente en un chip que elimine la necesidad de electrodos de referencia convencionales. Esta revolucionaria tecnología podría recopilar datos medioambientales de forma continua durante largos periodos de tiempo sin necesidad de intervención del personal.
Principios físicos del ISFET de Fraunhofer IPMS
El novedoso ISFET de Fraunhofer IPMS se basa en la tecnología de transistor de efecto de campo de óxido metálico-semiconductor (MOS), en la que la zona del sensor en contacto con el medio está formada por una capa de óxido metálico anfótero. Los iones hidronio o hidróxido del medio se adsorben de forma reversible en esta capa sensora, lo que permite medir el pH del medio. A continuación, se utiliza como señal de medida la respuesta de la tensión puerta-fuente (VGS) frente a un electrodo de referencia (Ag/AgCl en 3 M KCl).
Algunos de los resultados de la investigación se lograron en el proyecto "REISen", un proyecto del Departamento de Ciencia de Materiales, que fue cofinanciado con fondos fiscales sobre la base del presupuesto aprobado por el parlamento del estado de Sajonia.
Los desarrollos del Fraunhofer IPMS contribuyen significativamente al desarrollo ulterior del análisis medioambiental y abren nuevas posibilidades para una adquisición de datos más precisa y eficiente en el campo del análisis químico.
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