長期以來，食品安全領域中對飲料pH值的精確檢測至關重要，因為pH值不僅影響飲料的口感和風味，還直接關聯到其保質期和消費者健康。傳統的玻璃電極由于易碎、體積大和頻繁的校準，在食品監測應用中面臨限制。因此，開發新型、簡便且高靈敏度的傳感器技術對于提升食品安全監測水平具有重要意義。

2025年3月，湖北大學材料科學與工程學院常鋼教授與健康科學與工程學院何漢平教授領銜的研究團隊，在《Food Chemistry》上發表了一項題為“SnO??Electrolyte-gated Thin Film Transistor for Highly Sensitive pH Detection of Beverages”的研究，介紹了一種基于SnO?的電解質柵控薄膜晶體管（EGTFT）pH傳感器，為飲料pH值的高靈敏檢測提供了新方案。

???

為了克服傳統玻璃電極中的障礙，基于離子敏感場效應晶體管（ISFET）的pH傳感器由于其小型化、低成本和快速響應能力而獲得了廣泛的關注和研究。然而，ISFET的靈敏度受到能量響應的限制，其在298K溫度下的理論最大值為59 mV/pH。研究發現，基于電解質柵控薄膜晶體管（EGTFT）的pH傳感器可以超越Nernst限制。該傳感器利用電解質溶液作為晶體管的柵極介電層，允許溶液和通道之間的直接接觸，從而提高對H⁺離子的靈敏度。此外，EGTFT的結構更簡單，降低了制造過程的成本和復雜性，并且工作在極低的電壓下，最大限度地降低了功耗，這對傳感器芯片的集成應用非常有利。到目前為止，利用EGTFT進行pH傳感的研究仍然有限。

該團隊成員王汝靈、蔡志偉等人通過低成本的溶膠-凝膠工藝，成功開發了一種基于SnO?的EGTFT pH傳感器。實驗結果表明，該傳感器在低功耗條件（V = 0.5 V）下運行，展現出78.99 mV/pH的高靈敏度，超越了能斯特極限。SnO?敏感層的優越穩定性和耐腐蝕性使得傳感器在14天的長期穩定性測試中，電流保持在初始值的97%以上。實際測量飲料pH值的結果顯示了高精度，表明SnO?-EGTFT pH傳感器可作為食品工業中高靈敏度和穩定pH檢測的優良平臺。

圖1.?(A) SnO₂-EGTFT pH傳感器的制作工藝，(B)原理圖，(C)轉移曲線和(D)輸出曲線。

SnO?-EGTFT pH傳感器在pH值變化時，10秒內即可達到90%的信號穩定，展現出快速的響應能力。同時，其在不同pH循環測試中電流變化較小，具有低滯后和高重復性。這種快速響應特性使得傳感器能夠及時捕捉到飲料pH值的細微變化，對于實時監測飲料生產過程中的pH變化具有重要意義。此外，傳感器的低滯后和高重復性也為其在自動化檢測系統中的應用提供了可能，能夠實現對大量飲料樣本的快速、準確檢測，提高生產效率和質量控制水平。

圖2.?(A) SnO₂-EGTFT pH傳感器在不同pH值緩沖液中的傳遞曲線。(B) V_th與pH值的線性關系。 (C) SnO₂-EGTFT的SS隨pH值的變化。(D)不同pH值下SnO₂-EGTFT pH傳感器的輸出曲線。(E)不同pH值下SnO₂-EGTFT pH傳感器的電流-時間（I-t）曲線。(F) pH值在5.7 ~ 7.4之間循環時，SnO?-EGTFT pH傳感器的實時響應。

在實際測量中，該傳感器對多種飲料的pH值進行了準確檢測，與商業pH計相比，最大偏差僅為0.05 pH，展現出卓越的準確性和可靠性。例如，在檢測可口可樂、綠茶、金桔檸檬茶、橙味汽水、無氣蘇打水、純牛奶、胡蘿卜汁、咖啡、奶茶、威士忌和椰汁等市場常見飲料時，傳感器均能快速響應并給出精確的pH值讀數，且在高糖、高鹽和有機酸等復雜基質中表現出良好的抗干擾能力。

表1.??SnO₂-EGTFT pH傳感器在實際樣品中的測試。

SnO?-EGTFT pH傳感器的成功開發，為食品安全監測提供了高靈敏度、高穩定性的檢測手段。其簡便的制備工藝和優異的性能，使其在實際應用中具有廣闊的前景，也為其他需要精確pH監測的領域提供了有效的技術解決方案。例如，在環境監測中，可用于檢測水體和土壤的pH值，評估環境污染程度；在生物醫學研究中，可用于實時監測生物體內的pH變化，為疾病診斷和治療提供依據。此外，該傳感器的低成本和小型化特點也使其在便攜式檢測設備和可穿戴設備中具有潛在的應用價值，能夠滿足不同場景下的pH監測需求，為相關領域的研究和應用提供了新的思路和技術支持。

Doi: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.143868