Ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) sind kompakt, langlebig und leicht zu integrieren. Damit eignen sie sich optimal für die präzise pH-Messung und die genaue Bestimmung der Konzentration vieler Ionen in Wasser und sind damit leistungsstarke Werkzeuge in der Umwelt- und Bioanalytik. Aufgrund ihrer Bruchfestigkeit finden sie bereits breite Anwendung in der pH-Messtechnik, insbesondere in der Lebensmittelproduktion.
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) hat nun eine n-Well-Technologie entwickelt, die es erlaubt, mehrere ISFETs auf einem Chip so zu integrieren, dass sie gezielt mit ionenselektiven Schichten funktionalisiert werden können.
Diese Integrationstechnologie eröffnet die Möglichkeit multifunktionaler ISFET-Arrays. In Zusammenarbeit mit Forschungspartnern können zukünftig weitere anwendungsspezifische ionenselektive Beschichtungen entwickelt und integriert werden. Damit ist die gleichzeitige und kontinuierliche Messung unterschiedlicher Parameter wie pH-Wert, Nitrat-, Phosphat- und Kaliumkonzentration mit nur einem Sensorchip möglich. Weitere Parameter können bei Bedarf in das System integriert werden.
„Ein solches Messsystem, das wesentliche Wasserparameter kontinuierlich und in Echtzeit erfassen kann, hat ein riesiges Marktpotenzial“, sagt Dr. Olaf R. Hild, Leiter des Geschäftsfelds Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS.
„Dadurch eröffnen sich neue Anwendungsmöglichkeiten in der Umweltanalytik, der Landwirtschaft und dem Wassermanagement sowie im rasant wachsenden Markt für Indoor-Farming-Anwendungen. Und mit dieser Technologie haben wir in Europa eine einzigartige Position.“
Der Einsatz dieser Technologie soll dazu beitragen, die Effizienz und Nachhaltigkeit der Landwirtschaft zu steigern, indem die Messungen mit externen Daten wie Wetterdaten kombiniert werden. So könnten Landwirte Nährstoffe präziser ausbringen, was nicht nur zu Einsparungen bei den Düngemittelkosten, sondern auch zu einer Verringerung der Umweltbelastung führen würde.
Zur Verfügung gestellt vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)