在我国智能制造、生命健康等关键领域对高精度传感器国产化需求日益迫切的背景下,华东理工大学“捕氢捉影”工程团队达成重大突破,胜利研制出国内首个具备产业化实力的ISFET(离子敏感场效应晶体管)pH电极,标志着我国高端pH检测核心器件从“跟跑”走向“并跑”乃至“领跑”的关键跨越。

该工程由华东理工大学张国柱副探讨员带队,团队骨干由来自智能制造、流程装备等多个专门的学生组成,历时两年潜心攻关,构建起从芯片策划、微纳制造到整机封装和信号处置的全流程自主研发体系。工程成果不但填补了国内ISFET型pH电极领域的技术空白,更在实际应用中展现出优越性能。

新结构、新材料、新工艺,打造国产高端传感“芯”

长期以来,pH电极广泛应用于生物制药、环境监测、食品保证等核心产业环节,但行当被海外厂商长期垄断,国产产品多停留在中低端,现存精度低、信号漂移大、难以适配极端工况等难题。团队革新采用MEMS(微机电系统)制造工艺,构建外延栅极ISFET结构,核心感知材料选用Ta₂O₅高性能敏感膜,有效规避常规玻璃电极易碎、易漏液、寿命短的多重痛点。

据测试,该传感器具备52?mV/pH的高灵敏度,响应时间<5秒,年误差率低于5%,可在-20°C至200°C、10 bar负担等极端环境下稳定工作。其核心芯片尺寸仅3mm²,便于集成于各种便携和智能设备,制造成本较进口产品下跌70%以上。

产教融合落地,公司应用验证性能稳定

“捕氢捉影”团队研发的pH电极已与森松制药设备公司、上海博优环境科技有限公司、上海仪电集团等头部公司展开协作,应用于生物反应器、在线水质监测等场景,获取优秀反馈。实验表明,该传感器在pH检测流程中数字稳定性提升30%以上,有效减少维护成本,具备优秀的替代进口基本。

团队负责人王添一表示:“咱们期望经过技术革新,为我国智能传感器产业注入一颗确实‘我国造’的核心元件。”

高校师生联合革新,青年科研力量崭露头角

该工程是张国柱副探讨员在本科生培养体系下机构实施的一项跨学科革新实践工程,涵盖智能传感器策划、材料工程、电路研发、软件算法等多个方向。学生团队在工程中深度参与技术方案拟定、实验验证与工程达成,已申请4项知识产权,与此同时由20余篇学术论文做支撑,并在多个学术竞赛上展示成果,体现了高校科技育人与前沿探讨融合推进的优秀成效。

填补国内空白,促进高端传感器国产替代进程

专家表示,该工程以实际产品打破国外技术壁垒,不但促进了国产传感器技术向“高精尖”迈进,也为我国生物制药、智慧环保、精密制造等领域给予了越发自主可控的关键技术支撑。

伴随ISFET pH传感技术的逐步推广应用,有望构建起以高校革新为源头、产业协同为支撑的国产高端传感器进展新路径,为“科技强国”战略注入坚实动能。