شبیه‌سازی المان محدود میکرو سنسور PH-ElecFET

این مقاله یک مدل متقارن محوری دوبعدی در نرم‌افزار COMSOL Multiphysics از یک میکرو سنسور PH-ElecFET (ترانزیستور تحت تأثیر میدان الکتروشیمیایی حساس به PH) ارائه می‌دهد. این دستگاه یک میکرو الکترود یکپارچه را با یک ترانزیستور تحت تأثیر میدان شیمیایی (PH-ChemFET) ترکیب می‌کند؛ بنابراین، در اثر پدیده تحریک الکترولیز بر میکرو الکترود یکپارچه، به لطف کنترل میکرو دستگاهPH-ChemFET، با تغییرات PH موضعی در میکرو حجم‌ها مرتبط می‌شوند. با احتساب واکنش‌های (الکترو) شیمیایی و پدیده پخش در فاز مایع، مدل پیشنهادی به نقش طراحی هندسی ElecFET (عرض میکرو الکترود w، شعاع مؤثر ورودیr_e و فاصله میان ورودی PH-ChemFET و میکرو الکترود d)، و همچنین پارامترهای قطبش، (ولتاژ قطبش V_p و زمان قطبش t_p)، بر پاسخ میکرو سنسور اشاره دارد. در ابتدا الکترولیز آبی به‌منظور صحت سنجی تغییرات آنی PH در میکرو حجم اعمال شد. سپس، اکسیداسیون هیدروژن پروکسید در حلال بافر فسفات (PBS,PH_0=7.2) موردبررسی قرار گرفت، که تشخیص پتانسیومتری H_2 O_2 را در محدوده غلظت [۱۰-۱۰۰mN] اثبات می‌کرد. این مدل توسعه‌یافته راه جدیدی را در کاربردهای سنسو

— This paper presents a COMSOL Multiphysics 2D
axisymmetric model of an pH-ElecFET (pH-sensitive
electrochemical field effect transistor) microsensor. This device
combines an integrated microelectrode with a pH-sensitive
chemical field effect transistor (pH-ChemFET). Thus, by
triggering electrolysis phenomena owing to the integrated
microelectrode, associated local pH variations in microvolumes
are monitored thanks to the pH-ChemFET microdevice. Taking
into account (electro) chemical reactions and diffusion
phenomena in liquid phase, the proposed model points out the
role of the ElecFET geometrical design (microelectrode width w,
gate sensitive radius re
and distance between the pH-ChemFET
gate and the microelectrode d), as well as polarization
parameters, (polarization voltage Vp
and time tp
), on the
microsensor response. It is first applied to water electrolysis in
order to validate pH impulsional variations in microvolume.
Then, oxidation of hydrogen peroxide i