27.05.2024

Vielseitiger Sensorchip für Wasseranalysen

Prototyp erfasst pH-Werte, Nitrat-, Phosphat- und Kaliumkonzentrationen parallel und kontinuierlich.

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikro­systeme IPMS präsentiert eine wegweisende Integrations­technologie zur gleichzeitigen Messung verschiedener Wasser­parameter mittels ionen­sensitiver Feldeffekt­transistoren (ISFETs). Die neu entwickelte n-Wannen-Integrations­technologie ermöglicht es künftig, mit nur einem Sensorchip pH-Werte, Nitrat-, Phosphat- und Kalium­konzentrationen parallel und kontinuierlich zu erfassen. Diese Innovation eröffnet neue Horizonte für die Umwelt- und Bioanalytik.

Abb.: Mit diesem Chip lassen sich verschiedener Wasserparameter gleichzeitig...
Abb.: Mit diesem Chip lassen sich verschiedener Wasserparameter gleichzeitig messen.
Quelle: Fh.-IPMS

ISFETs zeichnen sich durch ihre Kompaktheit, Robustheit und Integrationsfähigkeit aus. 
Daher sind sie optimal für die präzise Messung von pH-Werten sowie für die genaue Bestimmung der Konzentration zahlreicher Ionen in Wasser geeignet, was sie zu leistungs­starken Werkzeugen in der Umwelt- und Bioanalytik macht. In der pH-Messtechnik finden sie aufgrund ihrer Unzer­brechlichkeit vor allem in der Lebensmittel­produktion bereits breite Anwendung. Das Institut hat nun eine n Wannentechnologie entwickelt, die es ermöglicht, mehrere ISFETs auf einem Chip so zu integrieren, dass eine gezielte Funk­tionalisierung mittels ionenselektiver Schichten möglich ist. 

Diese Integrations­technologie eröffnet die Möglichkeit von multi­funktionalen ISFET Arrays. In Zusammenarbeit mit Forschungs­partnern können so zukünftig weitere anwendungs­spezifische, ionen­selektive Beschichtungen entwickelt und integriert werden. Dies ermöglicht die simultane und konti­nuierliche Messung verschiedener Parameter wie pH-Wert, Nitrat-, Phosphat- und Kalium­konzentration mit nur einem Sensorchip. Bei Bedarf können auch weitere Parameter in das System integriert werden. 

„Ein derartiges Messsystem, welches essenzielle Parameter von Wasser konti­nuierlich in Echtzeit erfassen kann, hat ein riesiges Marktpotenzial“, sagt Olaf R. Hild, Leiter des Geschäftsfelds Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS. „Es eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Umweltanalytik, der Land- und Wasser­wirtschaft sowie im stark wachsenden Markt der Indoor­farming-Anwendungen. Und wir haben mit dieser Techno­logie eine Alleinstellung in Europa!“ Die Nutzung dieser Technologie soll dazu beitragen, die Effizienz und Nach­haltigkeit in der Landwirtschaft zu steigern, indem die Messdaten mit externen Daten, wie zum Beispiel Wetterdaten, kombiniert werden. Dies würde Landwirten ermöglichen passgenaue Nährstoff­gaben vorzunehmen. Das spart nicht nur Kosten für Düngemittel, sondern schont auch die Umwelt.

Fh.-IPMS / JOL

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