Nouveau développement pour la mesure du pH

L'innovation dans la technologie des capteurs ouvre de nouvelles possibilités pour l'acquisition de données plus précises et plus efficaces dans le domaine de l'analyse chimique

01.03.2024

L'Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques IPMS annonce une avancée significative dans le domaine de l'analyse chimique et biochimique. L'équipe dirigée par le Dr Olaf R. Hild, chef de l'unité commerciale Technologie des capteurs chimiques, a mis au point une couche de détection novatrice pour la mesure du pH sur puce et l'a intégrée avec succès dans un transistor à effet de champ sensible aux ions (ISFET).

Le pH d'une solution est le paramètre le plus important dans l'analyse chimique et biochimique. Un ISFET doté d'une nouvelle couche de capteur mis au point par le Fraunhofer IPMS, associé à une électrode de référence conventionnelle, permet de mesurer le pH avec une grande précision dans une plage allant de pH 1 à pH 13. La puce de capteur compacte et incassable de 5 x 5 mm² se caractérise par une dérive minimale de < 20 µV/h ainsi que par une faible hystérésis, tout en étant facile à intégrer. Une amélioration significative a également été obtenue dans la réduction de la sensibilité à la lumière.

La capacité de stockage à sec du capteur est l'un de ses principaux avantages. En outre, le point de fonctionnement électrique du capteur peut être ajusté de manière flexible grâce à la conception et aux paramètres de fonctionnement, ce qui permet d'obtenir une tension de fonctionnement (_VDS) inférieure à 1 V.

Le Dr Hild, chef de l'équipe de recherche, a exprimé son enthousiasme pour les données de mesure obtenues par le capteur mécaniquement robuste : "Grâce à ces propriétés, le nouvel ISFET est particulièrement adapté à l'analyse environnementale sur site". Le Dr Hild a poursuivi en soulignant que le prochain objectif important de la recherche est de développer une couche de capteur qui permette de mesurer le pH uniquement à partir d'une puce et qui élimine le besoin d'électrodes de référence conventionnelles. Cette technologie révolutionnaire pourrait alors permettre de collecter en continu des données environnementales sur de longues périodes sans que le personnel d'exploitation n'ait à intervenir.

Principes physiques de l'ISFET du Fraunhofer IPMS

Le nouvel ISFET du Fraunhofer IPMS est basé sur la technologie des transistors à effet de champ à métal-oxyde-semiconducteur (MOS), la zone du capteur en contact avec le milieu étant constituée d'une couche d'oxyde métallique amphotère. Les ions hydronium ou hydroxyde du milieu sont adsorbés de manière réversible sur cette couche de détection, ce qui permet de mesurer le pH du milieu. La réponse de la tension porte-source (_VGS) par rapport à une électrode de référence (Ag/AgCl dans 3 M KCl) est alors utilisée comme signal de mesure.

Certains des résultats de la recherche ont été obtenus dans le cadre du projet "REISen", un projet du département des sciences des matériaux, qui a été cofinancé par des fonds fiscaux sur la base du budget approuvé par le parlement du Land de Saxe.

Les développements du Fraunhofer IPMS contribuent de manière significative au développement de l'analyse environnementale et ouvrent de nouvelles possibilités pour une acquisition de données plus précise et plus efficace dans le domaine de l'analyse chimique.

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