Miniaturisierte ISFET-Ansteuerung verbessert pH-Messung

Diese neue Elektronik ermöglicht eine kontinuierliche pH-Messung in Echtzeit – bei einem Energieverbrauch von unter 1,3 Milliwatt inklusive aller Komponenten. Der Sensor selbst kommt auf eine Leistungsaufnahme von nur 190 Mikrowatt. Damit eignet sich das System besonders für mobile Anwendungen in der Medizintechnik, zum Beispiel bei der Analyse von Körperflüssigkeiten. 

Zwei Varianten der Elektronik wurden entwickelt: 

• Analogelektronik mit <1,3 mW Stromverbrauch 

• USB-C-fähige Digitalelektronik mit ca. 100 mW, geeignet für Vor-Ort-Kalibrierung 

„Da die Fraunhofer IPMS-ISFETs äußerst driftarm sind und nahezu eine perfekte Nernst-Abhängigkeit zeigen, ist für die allermeisten Anwendungen eine Einpunktkalibrierung ausreichend“, erklärt Elektronikentwickler Hans-Georg Dallmann. 

Durch die geringe Baugröße und die hohe Energieeffizienz erschließen sich neue Anwendungen: 

• Langzeitmessungen in medizinischen Analysegeräten 

• Integration in tragbare pH-Messsysteme 

• Kontinuierliche Gewässerüberwachung 

„Nach fast einem Jahr Entwicklungszeit ist es uns gelungen, unsere Nb2O5-ISFETs so anzusteuern, dass sie mit einer Leistungsaufnahme von kleiner als 1,3 mW inklusive Elektronik kontinuierlich messen können“, berichtet Dr. Olaf R. Hild, Geschäftsfeldleiter für Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS. 

Ziel des Teams ist es, künftig noch kleinere ISFET-Chips zu entwickeln, mit weniger als 1 mm² Fläche, um auch in baugrößenkritischen Geräten zum Einsatz zu kommen. 

„Das nächste Ziel sind kleinere ISFET-Chips (< 1mm2), um baugrößenlimitierte Anwendungen adressieren zu können. Der Reinraum ist für diese Herausforderung bestens ausgestattet!“, so Technologe Falah Al-Falahi. 

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)