Fortschritte in der ISFET-basierten pH-Sensorik
Das Fraunhofer IPMS hat Elektroniken für ISFET-Sensoren miniaturisiert und optimiert. Diese ermöglichen präzise pH-Messungen bei geringer Leistungsaufnahme und sind für Umweltanalytik und Medizintechnik geeignet
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) hat einen bedeutenden Fortschritt in der chemischen Flüssigkeitsanalytik erzielt. Die Elektroniken zur Ansteuerung von Ionensensitiven Feldeffekttransistoren (ISFET) wurden erheblich miniaturisiert, was zu niedrigeren Herstellungskosten und einer reduzierten Leistungsaufnahme führte. Diese neuen Elektroniken sind sowohl für den direkten Einsatz als auch zur Integration in eigene Messsysteme geeignet.
ISFETs ermöglichen die kontinuierliche und präzise Messung von pH-Werten, indem sie die Konzentration bestimmter Ionen in Wasser oder anderen wässrigen Medien in Echtzeit bestimmen. Nach der erfolgreichen Entwicklung von Niobpentoxid-basierten ISFET-pH-Sensoren hat das Fraunhofer IPMS nun Messsysteme entwickelt, die mit einem noch geringeren Stromverbrauch arbeiten. Die neuen Nb2O5-ISFETs können mit einer Leistungsaufnahme von weniger als 1,3 mW inklusive Elektronik kontinuierlich messen, wobei die Leistungsaufnahme des Sensorsystems nur 190 μW beträgt.
Diese Eigenschaften sind besonders wichtig für mobile Messsysteme, die in der kontinuierlichen Gewässerüberwachung und Umweltanalytik sowie in der Medizintechnik zur Analyse von Körperflüssigkeiten Anwendung finden. Die neuen Ansteuerelektroniken, die im Mai auf der Messe "Sensor und Test" in Nürnberg vorgestellt werden, sind besonders energieeffizient und einfach zu handhaben. Es gibt eine Analogelektronik (<1,3 mW) und eine mittels USB-C anschließbare Digitalelektronik (ca. 100 mW), die eine schnelle Vor-Ort-Kalibrierung ermöglicht.
Einfache Kalibrierung und hohe Genauigkeit
Die Fraunhofer IPMS-ISFETs sind äußerst driftarm und zeigen eine nahezu perfekte Nernst-Abhängigkeit, was für die meisten Anwendungen eine Einpunktkalibrierung ausreichend macht. Das Team um Dr. Olaf R. Hild ist jedoch noch nicht zufrieden und strebt als nächstes Ziel kleinere ISFET-Chips (< 1mm²) an, um auch baugrößenlimitierte Anwendungen adressieren zu können.
Interessierte sind eingeladen, sich auf der Sensor + Test Messe vom 6. bis 8. Mai 2025 in Nürnberg mit den Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen auszutauschen. Messetermine können vorab auf der Webseite des Instituts vereinbart werden.
