這種環保、耐用的新型pH傳感器具有較高的靈敏度，可以準確地測量微升級樣品的pH值變化。

pH值測量廣泛應用于化學、環境參數監測、生物過程控制和制藥等各個領域。為了滿足日益增長的新興需求，研究人員已經開發出多種不同類型的pH傳感器。目前可用的pH值測量方法包括使用pH試紙、玻璃pH電極、基于聚合物的光學pH傳感器和離子選擇性場效應晶體管。這些pH傳感器能夠以不同的精度測量樣本的酸堿度，從而適用于不同的應用場景。

然而，上述pH值測量方法無法滿足數十微升級樣本的pH值的測量要求。在生物醫學和農業相關領域，對微升級樣本進行pH測量的需求越來越大，包括在癌癥單細胞體外鑒別過程中以及用于卵巢癌早期檢測的循環細胞外囊泡的pH值測量等。然而，由于在微系統中將pH敏感材料集成到平面電極上存在困難，有關納升級或微升級樣本的pH測量的研究非常有限。

在圖中所示吸管的上方，有一個由8個微型器件構成的模組，其中包括微流控通道和驅動元件。微流控器件通常由數千個可以輸送用于分析的微量液體的微通道組成。

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自西交利物浦大學的研究人員提出了一種克服上述問題的方法，相關研究成果以“Iridium oxide and cobalt hydroxide microfluidic-based potentiometric pHsensor”為題發表在Microchimica Acta期刊上。

主導這項研究的Qiuchen Dong博士說：“我們的解決方案需要環保、耐用，并且足夠靈敏，從而能夠精確測量微升級樣品中pH值的變化?！?/p>

面臨的問題

一些市售的pH值測量方法依賴于人眼的主觀判斷。例如，含有染料的pH試紙會根據被測物質的pH值而發生顏色變化，利用這種試紙進行pH值測量依賴于人眼將變化后的試紙顏色與比色卡進行對比，這導致了每個使用者的測量結果之間有很大的差異。例如，有些人可能認為這種顏色指代的pH值為7.5，而另一些人認為其指代的pH值為8。因此，這種方法對微小的pH值變化不敏感，這意味著它更像是一個粗略的猜測。此外，這種方法使用的一些染料對樣品來說是有毒的，從而會影響所記錄的pH值的真實性。

一種更靈敏的pH值測量方法是使用極其脆弱的玻璃電極，這種電極很容易破碎，所以通常只在實驗室環境中使用。

為了解決上述問題，Qiuchen Dong博士和他的研究生Weiyu Xiao使用了新的材料和方法來制造一種靈敏而堅固的pH傳感器。

新的解決方案

在Qiuchen Dong博士和Weiyu Xiao開發的新型pH傳感器中，液體樣品通過一系列微型通道（微流控通道）輸送到三個由光響應層狀材料和金屬制成的高靈敏度電極上。

（A）制備的微流控固態pH傳感器示意圖：硅片上的黃色代表通過光刻技術制備的金圖案化微電極；（B）聚二甲基硅氧烷（PDMS）鍵合在具有兩對金電極的金圖案化硅片上；（C）具有電沉積的氧化銥（IrO?）和氫氧化鈷（Co(OH)?）的微流控通道的橫截面，紅色箭頭表示液體從左向右流動；（D）標準緩沖溶液的典型pH值響應。

“我們的解決方案依賴于利用光刻技術開發微流控通道和電極，這是半導體制造業中常用的一種方法?！?/p>

這些微流控pH傳感器可以檢測物質中質子數量的微小變化，而質子數量決定了pH值。這使得pH值的測量具有極高的精度。

未來應用

該團隊目前正在申請所開發的新型pH傳感器的專利，并且正在與行業內的開發機構開展合作，后者將致力于將該技術集成到他們的實驗室設備中。

“這項研究的成功歸功于我現在的博士生Weiyu Xiao的辛勤工作，她在進行這項研究期間還是一名碩士生?？吹揭粋€學生在如此短的時間內達到如此高的學術水平，真是令人印象深刻。她是一個很好的榜樣，我希望其他學生也能從她所取得的成就中得到啟發。”Qiuchen Dong博士說。

“這項研究也要感謝我以前的同事，即明尼蘇達大學（University of Minnesota）的Abdennour Abbas博士和康涅狄格大學（University of Connecticut）的Yu Lei博士，他們幫助我構建了這個項目以及許多其他項目的想法。”Qiuchen Dong博士補充道。

最后，研究人員認為，他們開發的這種新型pH傳感器將有廣泛的商業應用前景，從幫助檢測癌癥和病媒傳播的病毒，到識別噴灑了農藥的土壤污染情況，不一而足。