Importantes avances en el análisis químico de líquidos
Control del sensor de pH basado en ISFET miniaturizado con éxito y optimizado para facilitar su uso
El Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos IPMS ha logrado otro hito en el análisis químico de líquidos. La electrónica necesaria para controlar los transistores de efecto de campo sensibles a los iones (ISFET) se ha miniaturizado varias veces. Al mismo tiempo, se han podido reducir los costes de fabricación y el consumo de energía. La nueva electrónica puede utilizarse directamente o integrarse en sistemas de medición internos.
Electrónica de evaluación USB para ISFET de Fraunhofer IPMS.
© Fraunhofer IPMS, Sebastian Lassak
Los ISFET permiten medir de forma continua y precisa los valores de pH determinando en tiempo real la concentración de determinados iones en el agua u otros medios acuosos. Tras el extraordinario desarrollo de los sensores de pH ISFET basados en pentóxido de niobio, Fraunhofer IPMS vuelve a informar de un gran éxito: los nuevos sistemas de medición funcionan con un consumo de energía aún menor que antes. "Tras casi un año de desarrollo, hemos conseguido controlar nuestros ISFET de Nb2O5 de tal forma que pueden medir continuamente con un consumo de energía inferior a 1,3 mW, electrónica incluida", afirma el Dr. Olaf R. Hild, director de la unidad de negocio de tecnología de sensores químicos de Fraunhofer IPMS. El consumo de energía del sistema sensor es de sólo 190 µW. El consumo de energía y el tamaño son parámetros esenciales para los sistemas de medición móviles.
Las aplicaciones surgen en el control continuo del agua y el análisis medioambiental. Sin embargo, las aplicaciones a largo plazo en tecnología médica, como el análisis de una amplia gama de fluidos corporales, también requieren sistemas de medición pequeños y de bajo consumo.
La nueva electrónica de control, que se presentará en mayo en la feria "Sensor and Test" de Núremberg, es especialmente de bajo consumo y, por tanto, más eficiente desde el punto de vista energético, además de ser muy fácil de manejar y estar lista para su uso inmediato. Constan de electrónica analógica (<1,3 mW) y electrónica digital que se puede conectar a través de USB-C (aprox. 100 mW), lo que permite una rápida calibración in situ: "Como los Fraunhofer IPMS ISFET tienen una deriva extremadamente baja y muestran una dependencia de Nernst casi perfecta, para la gran mayoría de las aplicaciones basta con una calibración de un solo punto", explica el desarrollador de electrónica Hans-Georg Dallmann. Esto garantiza un alto nivel de precisión, incluso durante largos periodos de tiempo".
Pero Hild y su equipo aún no están satisfechos con lo que han conseguido: "El próximo objetivo son chips ISFET más pequeños (< 1 mm2) para poder abordar aplicaciones de tamaño limitado. La sala blanca está perfectamente equipada para este reto", afirma con confianza el tecnólogo Falah Al-Falahi.
Principios físicos del transistor de efecto de campo sensible a iones de Fraunhofer IPMS
El innovador 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 que entra en contacto con el medio está formada por una capa de óxido metálico anfótero. Los iones de hidronio o hidróxido del medio de medición se depositan reversiblemente sobre esta capa en función del valor de pH (capa sensible al pH). La tensión de funcionamiento (UDS) del ISFET, que se aplica entre la fuente y el drenaje, da lugar a una corriente (IDS). Esta corriente se mantiene siempre constante durante la medición (modo de carga constante). La tensión (UGS) entre la fuente y la puerta o el electrodo de referencia (Ag/AgCl en 3M KCl) se utiliza entonces como señal de medida.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
