弗劳恩霍夫光子微系统研究所（IPMS）宣布开发一项新的pH测量技术，旨在提升测量过程的稳健性与可靠性。该方案以耐用芯片替代传统且易出错的参比电极，并强调器件可干燥保存、具备耐压特性，且更易集成到紧凑型设备中。目前，相关测试套件已可用于医疗、生物、农业和环境等领域的快速应用。

在化学传感应用中，精确pH测量长期面临参比系统稳定性挑战。现阶段广泛使用的银/氯化银/氯化钾电极虽然能够提供稳定参比电位，但在实际使用中容易受到电解质浓度变化影响，或因膜堵塞、干涸等问题导致读数不可靠。

IPMS指出，pH敏感玻璃电极此前已在一定程度上被离子敏感场效应晶体管（ISFET）等更坚固的芯片方案替代，但参比电极的替代一直较为困难。该研究所通过参比ISFET（REFET）实现对传统参比电极的替换。

弗劳恩霍夫IPMS化学传感器与系统部门负责人Olaf Hild表示，ISFET方案在可靠性、稳定性与耐用性方面表现突出，可规避传统参比电极常见的膜堵塞或带电、浓度变化引起的漂移以及对测量溶液的污染等问题，因此更适用于移动式或集成式测量系统。

在该技术路径中，系统以标准pH ISFET配合第二个ISFET共同工作，用以取代敏感参比电极。IPMS介绍，参比ISFET在25°C条件下的pH斜率被显著降低至20 mV/pH，而通常依据能斯特方程为59 mV/pH。器件表面涂覆五氧化二铌（Nb₂O₅）或五氧化二钽（Ta₂O₅）薄层，以提升稳定性、操作便利性与储存性能。两个ISFET通过辅助电极协同工作，并从测得的电信号中计算pH值。

Hild同时表示，ISFET-REFET概念并非由该团队首次提出，该概念由ISFET发明者Piet Bergveld教授及其同事在1980年代提出，但此前尚未实现商业化采用。IPMS的新组件旨在推动该概念走向应用。

据介绍，该方案初期的pH测量范围约为pH 4至pH 8，覆盖生物学、医学、农业与环境监测等领域的典型需求。当前系统为确保适当润湿，需要两枚5毫米×5毫米芯片，但尺寸可按客户需求缩小。后续研发计划将两枚芯片合并为同等尺寸的单芯片，并集成温度测量功能。

在长期测量方面，IPMS电子开发人员Hans-Georg Dallmann表示，经过2点或3点校准后的长期测量需要对传感器漂移进行精确控制，可通过控制电子设备对漂移进行补偿。IPMS的后续规划包括：通过改进传感层扩大REFET的pH范围、降低REFET传感器漂移，并将两种功能集成到带温度测量的单芯片上。

IPMS表示，已可提供测试套件，并计划在2026年Analytica展会（3号馆，312号展位）向专业观众展示该技术进展。