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”项目团队实现重大突破,成功研制出国内首个具备产业化能力的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”的重要跨越。
该项目由华东理工大学张国柱副研究员带队,团队骨干由来自智能制造、过程装备等多个专业的学生组成,历时两年潜心攻关,构建起从芯片设计、微纳制造到整机封装和信号处理的全流程自主研发体系。项目成果不仅填补了国内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、食品安全等核心产业环节。团队创新采用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,有效规避传统玻璃电极易碎、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压力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降70%以上。
产教融合落地,企业应用验证性能稳定
“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企业展开合作,应用于生物反应器、在线水质监测等场景,获得良好反馈。实验表明,该传感器在pH检测过程中数据稳定性提升30%以上,有效降低维护成本,具备良好的替代进口基础。
团队负责人王添一表示:“我们希望通过技术创新,为我国智能传感器产业注入一颗真正‘中国造’的核心元件。”
高校师生联合创新,青年科研力量崭露头角
该项目是张国柱副研究员在本科生培养体系下组织实施的一项跨学科创新实践工程,涵盖智能传感器设计、材料工程、电路开发、软件算法等多个方向。学生团队在项目中深度参与技术方案制定、实验验证与工程实现,已申请4项知识产权,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研究融合推进的良好成效。
填补国内空白,推动高端传感器国产替代进程
专家表示,该项目以实际产品打破国外技术壁垒,不仅推动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、精密制造等领域提供了更加自主可控的关键技术支撑。
随着ISFET pH传感技术的逐步推广应用,有望构建起以高校创新为源头、产业协同为支撑的国产高端传感器发展新路径,为“科技强国”战略注入坚实动能。
