比利時魯汶和荷蘭埃因霍溫的研究人員發(fā)明世界第一款可同時測定流體中pH和氯離子(Cl-)水平的微型傳感器。這種創(chuàng)新對于在環(huán)境監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和個性化醫(yī)療診斷等應(yīng)用中的離子濃度的精確長期測量是必須的。

借助芯片系統(tǒng)整合的可能性，它可以在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)置中實現(xiàn)大規(guī)模和具成本效益的部署。其創(chuàng)新的電極設(shè)計與當(dāng)今用于測量單離子濃度的標(biāo)準(zhǔn)組件相比具有相似或更好的性能，并允許進(jìn)行其他的離子測定。

Imec表示，基于離子選擇性膜的傳感器被認(rèn)為是在許多應(yīng)用中測量離子濃度的“金標(biāo)準(zhǔn)”，例如水質(zhì)、農(nóng)業(yè)和分析化學(xué)。它們由兩個電極——帶膜的離子敏感電極(ISE)和參考電極(RE)組成。當(dāng)這些電極浸入流體中時，產(chǎn)生與流體中離子活度的對數(shù)成比例的電勢、從而構(gòu)成濃度的量度。然而，這種傳感器的精度取決于小型化RE的長期穩(wěn)定性，Imec說現(xiàn)在已經(jīng)攻克了這一難題。

“這種設(shè)計的常見問題是離子從內(nèi)部電解質(zhì)中浸出，導(dǎo)致傳感器隨時間漂移。”Imec/Holst中心高級研究員Marcel Zevenbergen說。為了抑制這種浸出，他們運用微流控技術(shù)設(shè)計和制造了具有微流體通道作為結(jié)構(gòu)的電極，并與在硅基板上制造的固態(tài)氧化銥(IrOx)和氯化銀(AgCl)電極組合，分別作為pH和Cl-的指示電極。他們的測試證明這是一個長期穩(wěn)定的解決方案，傳感器表現(xiàn)出與現(xiàn)有方案相同或更好的靈敏度、精度和響應(yīng)時間，且同時還小得多、以后還可能更便宜。

“我們?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)提供突破性的感測和分析解決方案，”荷蘭Imec常務(wù)董事John Baekelmans表示。“這個新的多離子傳感器是Holst中心目前正與合作伙伴開發(fā)的、用于形成物聯(lián)網(wǎng)感官的系列產(chǎn)品之一。對于每個傳感器來說，目標(biāo)是以能大規(guī)模生產(chǎn)、可無線通信、功耗優(yōu)化和小型化的封裝，提供優(yōu)于現(xiàn)有領(lǐng)先技術(shù)傳感器性能的性能。”