ES2864693T3 - Procedimiento para fijar un material de membrana a la puerta de un transistor de efecto campo basado en un receptor molecular (CHEMFET) - Google Patents

Procedimiento para fijar un material de membrana a la puerta de un transistor de efecto campo basado en un receptor molecular (CHEMFET) Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para fijar un material (165) de membrana a una puerta (145) de un transistor (102) de efecto campo químico basado en un receptor molecular "CHEMFET", comprendiendo el procedimiento: verter el material de membrana sobre una región (160) expuesta de la puerta; curar el material de membrana; colocar el CHEMFET en un molde (195) configurado para proteger la región (160) de puerta expuesta de modo que una sola aplicación de resina (157) aislante eléctricamente impermeable pueda colocarse en los bordes (182) del material (165) de membrana y otros componentes del CHEMFET (102), pero no en la región (160) de puerta expuesta; e insertar la aplicación única de resina (157) impermeable eléctricamente aislante en el molde, fijando así los bordes (182) del material de membrana aplicando sujetadores (172) de resina de borde de resina impermeable eléctricamente aislante a todos los bordes del material de membrana, evitando así físicamente el desprendimiento del material de membrana de la puerta.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para fijar un material de membrana a la puerta de un transistor de efecto campo basado en un receptor molecular (CHEMFET)
Campo de la invención
La presente solicitud pertenece a un procedimiento para fijar un material de membrana a una puerta de un transistor de efecto campo químico basado en un receptor molecular "CHEMFET" como se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen más detalles del procedimiento.
Antecedentes
Del total de fertilizantes de nitrato que se utilizan en los EE. UU., aproximadamente el 30 % se pierde debido a la aplicación excesiva y a la subsiguiente filtración en aguas subterráneas, volatilización o enlosado y escorrentía. Nuevas técnicas de riego y monitorización de la humedad del suelo han proporcionado a los agricultores los datos necesarios para administrar el riego, lo que permite una mejor previsión y una retroalimentación inmediata que resulta en una disminución de los costes del agua y prácticas de gestión optimizadas.
Sin embargo, una falta general de desarrollo de nuevas tecnologías para la gestión detallada de los niveles de nutrientes del suelo ha impedido este mismo tipo de precisión en la fertilización. Actualmente, los nutrientes del suelo se monitorizan antes y varias veces durante la temporada de crecimiento mediante la recogida de 15 a 20 muestras de suelo de cada campo de 5 a 20 acres (0,02 a 0,08 km2) y enviándolas por correo a laboratorios externos para su análisis. Por lo general, las pruebas de nutrientes se realizan varias veces por temporada de crecimiento, lo que resulta en costes objetivo de más de 3 mil millones de dólares. Incluso con una cifra de costes tan asombrosa, la inversión no siempre se correlaciona con los rendimientos óptimos de los cultivos. La falta de correlación se debe a la desconexión inherente entre el momento en que se toma la muestra y los resultados devueltos, tiempo durante el cual los niveles de nitrato se ven afectados por la acción sobre el amonio de las bacterias endógenas del suelo, infiltración debajo de la zona de la raíz con riego excesivo o aplicación excesiva de fertilizantes o degradación/volatilización durante el procedimiento de secado.
Se han realizado esfuerzos para mejorar el tiempo de demora entre la recogida de muestras y los datos procesables, pero el procedimiento aún requiere entre 3 y 5 días hábiles, y en los mejores casos aún requieren horas entre el muestreo y los resultados. Todos los procedimientos directos actuales de control de nitratos requieren un procesamiento previo de la muestra y el nitrato se mide en el filtrado. Esto se debe a la necesidad de un buen contacto con el suelo, que normalmente falta en los electrodos selectivos de iones (ISE) estándar.
En consecuencia, persiste la necesidad de dispositivos, sistemas y procedimientos mejorados para la incorporación de un receptor molecular con una afinidad y selectividad conocidas por el nitrato, que proporcionen una fuerza impulsora para dividir el nitrato en la membrana y que permitan la medición directa en suelos de humedad variable. Además, existe la necesidad de una mayor precisión debido a la selectividad del receptor sobre las membranas ISE no específicas típicas. Realizaciones de la invención abordan estas y otras limitaciones de la técnica anterior. El procedimiento para fijar un material de membrana a una puerta de un transistor de efecto campo basado en un receptor molecular "CHEMFET" como se define en la reivindicación 1 y sus reivindicaciones dependientes aborda el problema de mejorar la robustez y la resiliencia de la membrana al prevenir físicamente un despegue del material de la membrana de la puerta del CHEMFET.
El documento EP0300575A2 desvela un sensor de iones que contiene una matriz orgánica polimérica y un procedimiento para preparar el sensor de iones que incluye las etapas de depositar una solución ligeramente viscosa que comprende un ionóforo y otros componentes de la matriz orgánica polimérica en la puerta de un ISFET, polimerizar completamente la matriz orgánica polimérica, enmascarar el área en la que está presente la matriz de membrana selectiva y depositar un material encapsulante sobre el dispositivo provisto de los contactos y sobre el soporte con el material encapsulante solapando los bordes de la matriz orgánica polimérica.
El documento JP2001004585A desvela el problema de la baja adhesividad de las membranas sensibles a los iones en las capas aislantes de puertas inorgánicas, por ejemplo, formadas a partir de óxido de silicio, lo que provoca un desprendimiento de la membrana sensible a iones de la película aislante de la puerta, lo que da como resultado una baja estabilidad y durabilidad del sensor de iones semiconductores. Para resolver este problema, el documento JP2001004585A sugiere incorporar además una película de prevención de desprendimiento que consiste en una membrana inorgánica que tiene una abertura que sobresale de la puerta y, por lo tanto, puede fijar de manera estable la membrana sensible a iones a la película aislante de la puerta.
El documento WO2009/157755A2 desvela un aparato para detectar y analizar macronutrientes del suelo usando un electrodo selectivo de iones.
BENJAMIN SCHAZMANN Y COL.: "Improved nitrate sensing using ion selective electrodes based on urea-calixarene ionophores" desvela la incorporación de urea-calixareno sintetizado[4]arenos en membranas ISE para evaluación de sensores de aniones inorgánicos en agua.
El documento US6635683B1 desvela una membrana sensible a los aniones, obtenida formando una membrana o una composición que comprende un compuesto de sal de onio y un compuesto bórico aromático, o una composición que comprende estos dos ingredientes y un polímero formador de la membrana.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A ilustra una vista en alzado lateral de un CHEMFET basado en un receptor molecular fabricado de acuerdo con un procedimiento de ejemplo que no es de acuerdo con la presente invención.
La figura 1B ilustra una vista en planta del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1A.
La figura 1C ilustra una vista en alzado lateral del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1A, que incluye una membrana y sujetadores de resina de borde dispuestos en la puerta de la misma.
La figura 1D ilustra una vista en planta del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1C.
La figura 1E ilustra una vista en alzado lateral de un CHEMFET basado en un receptor molecular, que incluye una membrana, fabricado de acuerdo con el procedimiento de la presente invención.
La figura 1F ilustra una vista en planta del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1E.
La figura 1G ilustra una vista en alzado lateral del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1E, que incluye la membrana y una sola aplicación de resina que tiene sujetadores de resina de borde dispuestos en la puerta de la misma.
La figura 1H ilustra una vista en planta del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1G.
La figura 1I ilustra un ejemplo de un molde para aplicar resina aislante eléctricamente impermeable.
La figura 2A ilustra un diagrama de circuito de ejemplo de un amplificador que puede usarse con el CHEMFET basado en receptor molecular de las figuras 1A a 1D o con el CHEMFET 102 basado en receptor molecular de las figuras 1E a 1H.
La figura 2B ilustra un paquete del circuito amplificador de la figura 2A.
Las figuras 3A y 3B ilustran una carcasa de sensor en la que se pueden contener el CHEMFET y el circuito amplificador y otros componentes.
La figura 3C ilustra un diagrama de bloques esquemático de la carcasa del sensor que incluye varios componentes dispuestos en el mismo, dentro de un sistema más grande de dispositivos informáticos externos.
La figura 4 ilustra una vista en sección transversal de un módulo sensor que incluye la carcasa del sensor de las figuras 3A y 3B, y que incluye varios componentes contenidos en la misma.
La figura 5 ilustra una vista en perspectiva de cerca del CHEMFET basado en receptores moleculares de las figuras 1A a 1D o con el CHEMFET basado en receptor molecular de las figuras 1E a 1H, incluyendo varias clavijas. La figura 6 ilustra un cuerpo de sonda que incluye el módulo sensor de las figuras 1A a 5 insertado en el mismo. La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra una técnica para fijar una membrana usando resina impermeable eléctricamente aislante de acuerdo con un procedimiento de ejemplo que no es de acuerdo con la presente invención.
La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra una técnica, de acuerdo con la presente invención, para fijar una membrana usando resina aislante eléctricamente impermeable.
Las características anteriores y otras de la invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, que se realiza con referencia a los dibujos adjuntos.
Descripción detallada de las realizaciones
Los dibujos adjuntos no están necesariamente dibujados a escala. En la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos para permitir una comprensión profunda del concepto inventivo. Debe entenderse, sin embargo, que las personas con conocimientos ordinarios en la técnica pueden practicar el concepto inventivo sin estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito en detalle procedimientos, componentes, circuitos y redes bien conocidos para no oscurecer innecesariamente aspectos de los ejemplos.
Se entenderá que, aunque los términos primero, segundo, etc. pueden usarse en el presente documento para describir varios elementos, estos elementos no deberían estar limitados por estos términos. Estos términos solo se utilizan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer sensor podría denominarse segundo sensor y, de manera similar, un segundo sensor podría denominarse primer sensor, sin apartarse del ámbito del concepto inventivo.
Se entenderá que cuando se hace referencia a un elemento o capa como "encendido", "acoplado" o "conectado a" otro elemento o capa, puede estar directamente sobre, acoplado directamente o conectado directamente al otro elemento o capa, o elementos o capas intermedios pueden estar presentes. Por el contrario, cuando se hace referencia a un elemento como "directamente sobre", "directamente acoplado a" o "directamente conectado a" otro elemento o capa, no hay elementos o capas intermedios presentes. Los números iguales se refieren a elementos similares en todo el documento. Como se usa en el presente documento, el término "y/o" incluye todas y cada una de las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados.
La terminología utilizada en la descripción del concepto inventivo en el presente documento tiene el fin de describir realizaciones particulares únicamente y no pretende ser una limitación del concepto inventivo. Como se usa en la descripción del concepto inventivo y las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" y "el/la" pretenden incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. También se entenderá que el término "y/o" como se usa en el presente documento se refiere y abarca todas y cada una de las combinaciones posibles de uno o más de los elementos enumerados asociados. Se entenderá además que los términos "comprende" y/o "que comprende", cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, pasos, operaciones, elementos y/o componentes declarados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.
La figura 1A ilustra una vista en alzado lateral de un transistor 100 de efecto campo químico basado en un receptor molecular (CHEMFET) fabricado mediante un procedimiento que no es de acuerdo con la presente invención. La figura 1B ilustra una vista en planta del CHEMFET 100 basado en receptor molecular de la figura 1A. La figura 1C ilustra una vista en alzado lateral del CHEMFET 100 basado en receptor molecular de la figura 1A, que incluye un material 165 de membrana y sujetadores 170 de resina de borde dispuestos en la puerta del mismo. La figura 1D ilustra una vista en planta del CHEMFET basado en receptor molecular de la figura 1C. Ahora se hace referencia a las figuras 1A a 1D.
El CHEMFET 100 puede ser, por ejemplo, un transistor de efecto campo sensible a iones (ISFET). El CHEMFET 100 puede incluir un sustrato 105, que se puede conectar (por ejemplo, con cables) a una placa 150 de circuito impreso (PCB). Una línea 110 de drenaje y una línea 115 de fuente se pueden conectar a unas almohadillas 120 y 125 de unión, respectivamente. Unas vías 130 y 135 pueden formarse en las almohadillas 120 y 125 de unión, respectivamente, a través del sustrato 105, para facilitar las conexiones a las clavijas de drenaje y fuente, como se describe adicionalmente a continuación. Los extremos de la línea 115 de fuente y la línea 110 de drenaje pueden disponerse adyacentes entre sí, y próximos a una región 140 de canal. Una tensión que se aplica en o cerca de la puerta 145 hace que se forme una capa de inversión en la región 140 de canal entre los extremos de las líneas de fuente y drenaje, creando así un canal a través del cual puede pasar la corriente eléctrica. El canal puede tener diez (10) micrómetros de ancho o aproximadamente. Por lo tanto, se puede pasar una corriente eléctrica entre la fuente y las líneas de drenaje, que se puede detectar y medir. La retroalimentación desde un circuito amplificador (como se describe con más detalle a continuación) puede hacer que la corriente eléctrica permanezca sustancialmente constante para permitir la medición de la tensión cambiante de la puerta.
El sustrato 105 se puede pretratar con entre un 2 % y un 30 % de H2O2, o aproximadamente, grabado con plasma y/o funcionalizado con poli(metacrilato de hidroxietilo). La puerta 145 puede incluir material de puerta de nitruro de silicio, óxido de aluminio y/o pentóxido de tantulum. La PCB 150, la línea 115 de fuente, la línea 110 de drenaje y/u otros componentes dispuestos en la PCB 150, pueden encapsularse mediante una primera aplicación (por ejemplo, capa y/o porción) 155 de una resina aislante eléctricamente impermeable para cubrir las líneas de fuente y de drenaje, y otros componentes y cables, excepto por una región 160 de puerta expuesta. La región 160 de puerta expuesta puede cubrirse inicialmente con una máscara 190 durante la primera aplicación 155 de la resina aislante eléctricamente impermeable, como se muestra en la figura 1B. Después de que se aplica la primera aplicación 155 de la resina impermeable eléctricamente aislante, se puede retirar la máscara 190, exponiendo así sustancialmente toda la región 160 de la puerta. En otras palabras, la región 160 de puerta expuesta no está encapsulada por la primera aplicación 155 de la resina aislante eléctricamente impermeable porque la máscara 190 evita que sustancialmente toda la región 160 de la puerta entre en contacto con la primera aplicación 155 de la resina aislante eléctricamente.
En la región 160 de puerta expuesta se puede moldear (por ejemplo, mediante recubrimiento por rotación o goteo) material 165 de membrana, como se ilustra en las figuras 1C y 1D. El material 165 de membrana también se puede verter sobre al menos parte de la primera aplicación 155 de la resina eléctricamente aislante.
El material 165 de membrana se puede preparar mezclando sustancias y puede incluir una mezcla de sustancias. Por ejemplo, el material 165 de membrana se puede preparar mezclando, y puede incluir, un polímero cauchutado, tal como un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), un ionóforo inespecífico, tal como bromuro de tetraalquilamonio o nitrato de tetraalquilamonio, y/o un receptor de molécula pequeña específico para el analito de interés. El analito de interés puede incluir, por ejemplo, cloruro, fosfato, perclorato, potasio, litio o cualquier analito de molécula pequeña adecuado. En algunas realizaciones, el analito de interés puede tener un peso molecular de 20 Daltons o aproximadamente.
Se puede usar un grupo alquilo diferente (por ejemplo, bromuro de tetradecilamonio) o un contraión diferente (por ejemplo, cloruro de tetraoctilamonio o nitrato de tetraoctilamonio) en lugar del ionóforo inespecífico (por ejemplo, en lugar de bromuro de tetraoctilamonio). Por ejemplo, el material 165 de membrana puede incluir un polímero cauchutado, tal como un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), un grupo alquilo (por ejemplo, bromuro de tetradecilamonio) y/o un receptor de molécula pequeña específico para el analito de interés. A modo de otro ejemplo, el material 165 de membrana puede incluir un polímero cauchutado, tal como un polímero de poli(acrilonitrilocobutadieno), un contraión, tal como cloruro de tetraoctilamonio o nitrato de tetraoctilamonio, y/o un receptor de molécula pequeña específico para el analito de interés.
A modo de otro ejemplo más, el material 165 de membrana se puede preparar mezclando, o incluir de otro modo, una mezcla del 8 % al 99 % en peso, o aproximadamente, de polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), del 0,1 % al 19 % en peso, o aproximadamente, de bromuro de tetraoctilamonio o sal de haluro, y del 0,1 % al 10 % en peso, o aproximadamente, de receptor molecular en tetrahidrofurano. Alternativamente o además, se pueden usar otras formas de tetraalquilamonio, tales como contraiones de tetraheptilo, tetradecilo, cloruro, bromuro y/o nitrato.
A modo de otro ejemplo más, el material 165 de membrana se puede preparar mezclando, o incluir de otro modo, una mezcla del 94 % al 96,7 % en peso, o aproximadamente, de polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), del 3 % al 5 % por en peso, o aproximadamente, de bromuro de tetraoctilamonio, y del 0,3 % al 1 % en peso, o aproximadamente, de receptor molecular en tetrahidrofurano. El poli(acrilonitrilecobutadieno) puede incluir un 39 % en peso de acrilonitrilo. El material 165 de membrana se puede depositar a partir de ligeras variaciones en el solvente, tales como el uso de acetonitrilo en lugar de tetrahidrofurano.
Después de verter el material 165 de membrana sobre la región 160 de puerta expuesta, el material 165 de membrana puede curarse. El curado puede incluir la aplicación de tratamiento térmico y/o secado al aire en una cámara llena de gas. El gas dentro de la cámara se puede controlar por presión. Alternativamente, la aplicación de tratamiento térmico y/o secado al aire se puede realizar en condiciones atmosféricas normales. Sin embargo, no se aplica calor con la solución de tetrahidrofurano porque se pueden formar burbujas que pueden degradar la calidad del material 165 de membrana.
Después del procedimiento de curado, se puede aplicar una segunda aplicación (por ejemplo, capa y/o porción) 170 de la resina impermeable eléctricamente aislante para fijar los bordes 180 del material 165 de membrana al sustrato 105 encapsulado, evitando así físicamente el desprendimiento del material 165 de membrana de la puerta 145 del CHEMFET 100 cuando, por ejemplo, el material 165 de membrana se raya o se expone al agua. En otras palabras, los sujetadores 170 de resina de borde se pueden aplicar a todos los bordes (por ejemplo, 180) del material 165 de membrana para fijar los bordes, de modo que la membrana sea elástica y robusta, mientras continúa funcionando como una puerta basada en receptores moleculares del CHEMFET 100. Por lo tanto, el material 165 de membrana puede fijarse físicamente al sustrato, mediante la redeposición de la resina 170 eléctricamente aislante impermeable en los bordes 180 del material 165 de membrana.
La figura 1E ilustra una vista en alzado lateral de un transistor 102 de efecto campo químico basado en un receptor molecular (CHEMFET) fabricado de acuerdo con el procedimiento definido por la presente invención. La figura IF ilustra una vista en planta del CHEMFET 102 basado en receptor molecular de la figura 1E. La figura 1G ilustra una vista en alzado lateral del CHEMFET 102 basado en receptor molecular de la figura 1E, que incluye un material 165 de membrana y una sola aplicación (por ejemplo, una capa) de resina 157 que tiene sujetadores 172 de resina de borde dispuestos en la puerta del mismo. La figura 1H ilustra una vista en planta del CHEMFET 102 basado en receptor molecular de la figura 1G. Ahora se hace referencia a las figuras 1E a 1H.
El CHEMFET 102 es un transistor de efecto campo sensible a iones (ISFET). El CHEMFET 102 puede incluir un sustrato 105, que se puede conectar (por ejemplo, con cables) a una placa 150 de circuito impreso (PCB). Una línea 110 de drenaje y una línea 115 de fuente se pueden conectar a unas almohadillas 120 y 125 de unión, respectivamente. Unas vías 130 y 135 pueden formarse en las almohadillas 120 y 125 de unión, respectivamente, a través del sustrato 105, para facilitar las conexiones a las clavijas de drenaje y fuente, como se describe adicionalmente a continuación. Los extremos de la línea 115 de fuente y la línea 110 de drenaje pueden disponerse adyacentes entre sí, y próximos a una región 140 de canal. Una tensión que se aplica en o cerca de la puerta 145 hace que se forme una capa de inversión en la región 140 de canal entre los extremos de las líneas de fuente y drenaje, creando así un canal a través del cual puede pasar la corriente eléctrica. El canal puede tener diez (10) micrómetros de ancho o aproximadamente. Por lo tanto, se puede pasar una corriente eléctrica entre la fuente y las líneas de drenaje, que se puede detectar y medir. La retroalimentación desde un circuito amplificador (como se describe con más detalle a continuación) puede hacer que la corriente eléctrica permanezca sustancialmente constante para permitir la medición de la tensión cambiante de la puerta.
El sustrato 105 se puede pretratar con entre un 2 % y un 30 % de H2O2, o aproximadamente, grabado con plasma y/o funcionalizado con poli(metacrilato de hidroxietilo). La puerta 145 puede incluir material de puerta de nitruro de silicio, óxido de aluminio y/o pentóxido de tantulum.
En la región 160 de puerta expuesta se moldea (por ejemplo, mediante recubrimiento por rotación o goteo) material 165 de membrana, como se ilustra en las figuras 1E y IF. El material 165 de membrana se puede preparar mezclando sustancias y puede incluir una mezcla de sustancias. Por ejemplo, el material 165 de membrana se puede preparar mezclando, y puede incluir, un polímero cauchutado, tal como un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), un ionóforo inespecífico, tal como bromuro de tetraalquilamonio o nitrato de tetraalquilamonio, y/o un receptor de molécula pequeña específico para el analito de interés. El analito de interés puede incluir, por ejemplo, cloruro, fosfato, perclorato, potasio, litio o cualquier analito de molécula pequeña adecuado. En algunas realizaciones, el analito de interés puede tener un peso molecular de 20 Daltons o aproximadamente.
Se puede usar un grupo alquilo diferente (por ejemplo, bromuro de tetradecilamonio) o un contraión diferente (por ejemplo, cloruro de tetraoctilamonio o nitrato de tetraoctilamonio) en lugar del ionóforo inespecífico (por ejemplo, en lugar de bromuro de tetraoctilamonio). Por ejemplo, el material 165 de membrana puede incluir un polímero cauchutado, tal como un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), un grupo alquilo (por ejemplo, bromuro de tetradecilamonio) y/o un receptor de molécula pequeña específico para el analito de interés. A modo de otro ejemplo, el material 165 de membrana puede incluir un polímero cauchutado, tal como un polímero de poli(acrilonitrilocobutadieno), un contraión, tal como cloruro de tetraoctilamonio o nitrato de tetraoctilamonio, y/o un receptor de molécula pequeña específico para el analito de interés.
A modo de otro ejemplo más, el material 165 de membrana se puede preparar mezclando, o incluir de otro modo, una mezcla del 8 % al 99 % en peso, o aproximadamente, de polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), del 0,1 % al 19 % en peso, o aproximadamente, de bromuro de tetraoctilamonio o sal de haluro, y del 0,1 % al 10 % en peso, o aproximadamente, de receptor molecular en tetrahidrofurano. Alternativamente o además, se pueden usar otras formas de tetraalquilamonio, tales como contraiones de tetraheptilo, tetradecilo, cloruro, bromuro y/o nitrato.
A modo de otro ejemplo más, el material 165 de membrana se puede preparar mezclando, o incluir de otro modo, una mezcla del 94 % al 96,7 % en peso, o aproximadamente, de polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), del 3 % al 5 % por en peso, o aproximadamente, de bromuro de tetraoctilamonio, y del 0,3 % al 1 % en peso, o aproximadamente, de receptor molecular en tetrahidrofurano. El poli(acrilonitrilecobutadieno) puede incluir un 39 % en peso de acrilonitrilo. El material 165 de membrana se puede depositar a partir de ligeras variaciones en el solvente, tales como el uso de acetonitrilo en lugar de tetrahidrofurano.
Después de verter el material 165 de membrana sobre la región 160 de puerta expuesta, se cura el material 165 de membrana. El curado puede incluir la aplicación de tratamiento térmico y/o secado al aire en una cámara llena de gas. El gas dentro de la cámara se puede controlar por presión. Alternativamente, la aplicación de tratamiento térmico y/o secado al aire se puede realizar en condiciones atmosféricas normales. Sin embargo, no se aplica calor con la solución de tetrahidrofurano porque se pueden formar burbujas que pueden degradar la calidad del material 165 de membrana.
Después del procedimiento de curado, se aplica una sola aplicación contigua de resina 157 impermeable eléctricamente aislante para encapsular simultáneamente la PCB 150 y fijar los bordes 182 del material 165 de membrana, evitando así físicamente que el material 165 de membrana se desprenda de la puerta 145 del CHEMFET 102 cuando, por ejemplo, el material 165 de membrana se raya o se expone al agua. En otras palabras, los sujetadores 172 de resina de borde son parte de la aplicación única de resina 157 eléctricamente aislante y se aplican a todos los bordes (por ejemplo, 182) del material 165 de membrana para fijar los bordes de modo que la membrana sea elástica y robusta. En otras palabras, los bordes 182 del material 165 de membrana se fijan y sellan con la aplicación única de resina 157 eléctricamente aislante, que también forma un encapsulado o envolutura del CHEMFET 102.
La PCB 150, la línea 115 de fuente, la línea 110 de drenaje y/u otros componentes dispuestos en la PCB 150 pueden encapsularse mediante la aplicación única de la resina 157 impermeable y aislante eléctricamente. La región 160 de puerta expuesta no está encapsulada por la aplicación única de la resina 157 aislante eléctricamente impermeable porque uno o más moldes (por ejemplo, como se muestra en la figura 1I a continuación) evitan que sustancialmente toda la región 160 de puerta entre en contacto con la única aplicación 157 de la resina 157 eléctricamente aislante. Esto asegura una función fiable como puerta basada en receptores moleculares del CHEMFET 102. Por lo tanto, el material 165 de membrana se fija físicamente al sustrato, mediante la deposición de la resina 172 aislante eléctricamente impermeable sobre los bordes 182 del material 165 de membrana.
La figura 1I ilustra un ejemplo de un molde 195 para aplicar resina impermeable eléctricamente aislante como se define por el procedimiento de la reivindicación 1. La forma del molde 195 puede adaptarse a la forma general del CHEMFET 102. Se entenderá que variaciones menores en la forma del molde todavía permiten fijar el material de la membrana a la puerta de acuerdo con el procedimiento definido en la reivindicación 1. El molde 195 puede incluir uno o más miembros 197 de inserción para insertar la resina 157 eléctricamente aislante en el molde 195. El molde 195 puede rodear el CHEMFET 102. El molde 195 rodea el CHEMFET 102 mientras protege la región 160 de puerta expuesta de modo que la aplicación única de resina 157 que tiene sujetadores 172 de resina de borde puede disponerse en los bordes 182 del material 165 de membrana y otros componentes del CHEMFET 102, pero no en la región 160 de puerta expuesta del mismo. Por ejemplo, la superficie 198 inferior del molde 195 puede estar en contacto con la superficie superior de la región 160 de puerta expuesta cuando se inserta la aplicación única de resina 157, protegiendo así la región 160 de puerta expuesta de la aplicación de resina. En algunos ejemplos, no es necesario que el molde 195 rodee completamente el CHEMFET 102, sino que el molde puede cubrir al menos una parte del CHEMFET 102. En algunos ejemplos, el molde puede comprender un 65 % de dimetilsiloxano, o aproximadamente, un 17 % de sílice (es decir, cuarzo cristalino), o aproximadamente, un 9 % de Thixatrol ST, o aproximadamente, un 4 % de polidimetilsiloxano, o aproximadamente, un 1 % de decametilciclopentasiloxano, o aproximadamente, un 1 % de glicerina, o aproximadamente, y un 1 % de dióxido de titanio, o aproximadamente.
La figura 2A ilustra un diagrama de circuito de ejemplo de un amplificador 200 para su uso con un CHEMFET 102 basado en receptor molecular ilustrativo de las figuras 1A a 1D o con el CHEMFET 102 basado en receptor molecular de las figuras 1E a 1H. La figura 2B ilustra un diagrama de bloques de alto nivel del circuito amplificador de la figura 2A. Ahora se hace referencia a las figuras 2A y 2B.
Se entenderá que aunque se muestran ciertas fuentes de tensión, resistencias y otros componentes de circuito asociados con algunos ejemplos, se pueden usar otras fuentes de tensión, resistencias y otros componentes de circuito adecuados. Como puede verse, el circuito 200 amplificador incluye una variedad de resistencias (por ejemplo, R1, R2, R3, R4, R5 y R6), diodos Zener (por ejemplo, D1 y D2), amplificadores operacionales diferenciales (por ejemplo, amplificadores 205, 210 y 215 operacionales), terminales de suministro de energía (por ejemplo, VDD) y terminales de tierra flotante (por ejemplo, GND). El terminal etiquetado con 'D' se puede acoplar a la línea 110 de drenaje (de la figura 1A). El terminal etiquetado con 'S' se puede acoplar a la línea 115 de fuente (de la figura 1A). El terminal etiquetado con 'G' se puede acoplar a la puerta 145 (de la figura 1A). Se puede acoplar un terminal de tierra de referencia (REF GND) a uno o más (por ejemplo, cuatro) clavijas del sensor, como se describe a continuación. Los terminales de tierra flotante (GND) se pueden acoplar a una fuente de tensión (por ejemplo, batería), como también se describe más adelante. El terminal etiquetado "V SALIDA" es un terminal de salida que proporciona una tensión de salida amplificada. La tensión de salida amplificada es un indicador de la cantidad de niveles de nitrato en el suelo de la tierra de campo.
En algunos ejemplos, R1 puede ser de 4,3 kilo-ohmios (kQ), o aproximadamente, R2 puede ser 10 kQ, o aproximadamente, R3 puede ser 4,3 kQ, o aproximadamente, R4 puede ser 50 kQ, o aproximadamente, R5 puede ser 27 kQ, o aproximadamente, y R6 puede ser 2 kQ, o aproximadamente. En algunos ejemplos, VDD puede ser de 5 voltios (V) o aproximadamente. En algunos ejemplos, los diodos Zener D1 y D2 pueden tener cada uno una tensión de ruptura Zener de 1,2 V, o aproximadamente.
R3 se puede acoplar entre el amplificador 205 operacional y el nodo N1. D2 se puede acoplar al nodo N1 y al terminal REF GND de tierra de referencia. D1 se puede acoplar al nodo N2 y al nodo N1. R6 se puede acoplar a v Dd y al nodo N2. R1 y R2 pueden acoplarse en serie entre el nodo N2 y el amplificador 205 operacional. R4 se puede acoplar entre el nodo N3 y un terminal de tierra flotante (GND). R5 se puede acoplar entre el amplificador 210 operacional y un terminal de tierra flotante (GND).
El terminal D del amplificador 205 operacional se puede acoplar al drenaje (por ejemplo, la línea 110 de drenaje) del CHEMFET 100 (de la figura 1A) o del CHEMFET 102 (de la figura 1E). El terminal S puede acoplarse al nodo N3 del amplificador 210 operacional y a la fuente (por ejemplo, la línea 115 de fuente) del CHEMFET 100 (de la figura 1A) o del CHEMFET 102 (de la figura 1E). El terminal G del amplificador 210 operacional se puede acoplar a la puerta (por ejemplo, puerta 145) del CHEMFET 100 (de la figura 1A) o del CHEMFET 102 (de la figura 1E). El nodo N4 puede acoplar el terminal 'G' del amplificador 210 operacional a una entrada del amplificador operacional 215. La salida V SALIDA del amplificador 215 operacional y una entrada del amplificador 215 operacional pueden acoplarse al nodo N5. De manera similar, el terminal 'D' del amplificador 205 operacional y una entrada del amplificador 205 operacional pueden acoplarse al nodo N6.
El circuito 200 amplificador se puede empaquetar dentro de un paquete 220, como se muestra en la figura 2B. Como puede verse, el paquete 220 puede incluir terminales para conectarse a una fuente de alimentación (por ejemplo, 5 voltios), una salida (por ejemplo, V SALIDA), un terminal de tierra de referencia (REF GND) y un terminal de tierra flotante (GND). Además, el paquete 220 puede incluir terminales G, S y D para conectarse a la puerta (145), la línea de fuente (115) y la línea de drenaje (110), respectivamente, del CHEMFET 100 (de la figura 1A) o del CHEMFET 102 (de la figura 1E).
Las figuras 3A a 3C ilustran una carcasa 300 de sensor en la que se pueden contener el CHEMFET 100 o el CHEMFET 102, y otros componentes tales como el paquete 220 de circuito amplificador. La figura 3A es una vista en planta de la carcasa 300 del sensor. La figura 3B es una vista en perspectiva parcialmente transparente de la carcasa 300 del sensor, que incluye varios componentes dispuestos en la misma. La figura 3C ilustra un diagrama de bloques esquemático de la carcasa 300 del sensor que incluye varios componentes dispuestos en la misma, dentro de un sistema más grande de dispositivos informáticos externos (por ejemplo, 335, 340 y 345). Ahora se hace referencia a las figuras 3A a 3C.
La carcasa 300 del sensor puede incluir una o más aberturas (por ejemplo, 305) a través de las cuales la carcasa 300 del sensor se puede fijar a un cuerpo de sonda (como se ilustra en la figura 6 a continuación), que se puede insertar en el suelo de la tierra de campo (como también se ilustra en la figura 6 a continuación). Por ejemplo, se pueden insertar uno o más tornillos (por ejemplo, 310 de la figura 3B) a través de la correspondiente una o más aberturas 305 para fijar la carcasa 300 del sensor. Como puede verse en la figura 3B, el CHEMFET 100/102 y el paquete 220 amplificador pueden montarse en una superficie 315 dentro de la carcasa 300 del sensor. Se pueden acoplar una o más clavijas de sensor (por ejemplo, 325) al terminal de tierra de referencia (REF GND). La una o más clavijas 325 del sensor pueden sobresalir externamente de la carcasa 300 del sensor para hacer contacto directo con el suelo de la tierra de campo. La una o más clavijas 325 del sensor pueden fijarse a la carcasa 300 del sensor a través de las correspondientes aberturas 330 en la superficie 315. En algunos ejemplos, hay cuatro (4) clavijas 325 de sensor individuales, cada una de las cuales puede unirse eléctricamente y acoplarse al terminal de tierra de referencia (REF GND) del circuito 200 amplificador (de la figura 2A).
En algunos ejemplos, una o más clavijas 325 del sensor están cargadas por resorte para interactuar de manera flexible con el suelo de la tierra de campo o para contactar de otro modo. En algunos ejemplos, una o más clavijas 325 del sensor están chapadas en oro para evitar la oxidación. La carcasa 300 del sensor puede mantenerse en posición en el suelo del terreno geométricamente con respecto a las clavijas 325 del sensor para reducir los cambios en la trayectoria de la corriente y los efectos de los cambios de resistividad y/o conductividad eléctrica en el suelo de la tierra de campo. Las clavijas 325 del sensor pueden ser de un tamaño, intervalo de tamaños y/o posición específicos con respecto a la región 160 de puerta expuesta del CHEMFET 100/102. Por ejemplo, cada clavija 325 del sensor puede tener entre 10 y 15 milímetros (mm) de longitud, o aproximadamente. Además, cada clavija 325 del sensor se puede colocar dentro de un radio de 5 mm, o aproximadamente, desde la región 160 de puerta expuesta del CHEMFET 100/102.
Además, se pueden usar uno o más conductores, tales como cables 320, para transmitir y recibir información hacia y desde uno o más componentes contenidos dentro de la carcasa 300 del sensor. Alternativamente, la información se puede transmitir y recibir de forma inalámbrica como se describe con más detalle a continuación, y en tal caso, los cables 320 se pueden omitir. La información transmitida puede incluir información sobre el nivel de nitrato del suelo de la tierra de campo o similar. La información recibida puede incluir instrucciones operativas o similares. Alternativamente o además, los cables 320 pueden proporcionar la fuente de alimentación (por ejemplo, VDD) y/o los terminales de tierra (GND) y, en tal caso, no se necesita una batería.
La figura 3C ilustra un diagrama de bloques del sistema esquemático de la carcasa 300 del sensor, que puede contener el CHEMFET 100/102 y el paquete 220 de circuito amplificador que incluye el circuito 200 amplificador. Además, la carcasa 300 del sensor puede contener un transceptor 350 para interactuar con dispositivos externos y/o remotos tales como un ordenador 335, ordenador 340 portátil, teléfono 345 inteligente, tableta 365 y/o un dispositivo 360 de sonda de servidor. Por ejemplo, un usuario del ordenador 335, ordenador 340 portátil, teléfono 345 inteligente y/o tableta 365, puede acceder a la información del nivel de nitrato comunicándose con el transceptor 350 a través de cables 320 y/o de forma inalámbrica. El transceptor 350 puede ser un chip de comunicaciones de campo cercano (NFC). A modo de otro ejemplo, el dispositivo 360 de sonda de servidor puede estar parcial o totalmente contenido dentro de una misma sonda (no mostrada) que la carcasa 300 del sensor, como se describe adicionalmente a continuación. Uno o más componentes dentro de la carcasa 300 del sensor pueden comunicarse con uno o más componentes dentro del dispositivo 360 de sonda de servidor a través de cables 320 y/o de forma inalámbrica.
La carcasa 300 del sensor puede incluir además una batería 327 y un procesador 355 y/o registrador 385 de datos. El registrador 385 de datos puede incluir un dispositivo 370 de memoria y/u otro dispositivo 375 de almacenamiento adecuado para almacenar información sobre el nivel de nitrato del suelo de la tierra de campo durante un período de tiempo. Dos o más de los diversos componentes dentro de la carcasa 300 del sensor se pueden acoplar de forma comunicativa entre sí a través de un bus 380.
Una carcasa de un solo sensor (por ejemplo, 300) puede incluir el CHEMFET 100/102, el paquete 220 amplificador, el registrador de datos o la unidad 385 de adquisición de datos y el transceptor 350, para la conexión a un ordenador 335 personal y/u otro dispositivo informático externo adecuado (por ejemplo, 340, 345, 365). La carcasa puede tener 30 centímetros (cm) de ancho y 20 cm de profundidad, o aproximadamente. Alternativamente o además, la carcasa 300 del sensor puede incluir conductividad eléctrica externa y/o conectividad, un diodo 390 térmico y/o un sensor 395 de humedad del suelo en una carcasa ligeramente más grande, que puede ser más útil para uso doméstico y de jardín.
La figura 4 ilustra una vista en sección transversal de un módulo 400 sensor que incluye la carcasa 300 del sensor de las figuras 3A y 3B, los diversos componentes contenidos en la carcasa del sensor y/o los cables 320. Puede disponerse una batería 327 adyacente a un lado trasero de la superficie 315 de montaje, y puede encapsularse y/o envolverse sustancialmente con resina aislante eléctricamente impermeable (no mostrada) para evitar la entrada de agua. La batería 327 puede proporcionar la energía operativa necesaria (por ejemplo, VDD) al CHEMFET 100/102, al circuito 200 amplificador y/o a otros componentes contenidos dentro de la carcasa 300 del sensor. La batería 327 también puede proporcionar la tierra flotante (GND) a uno o más terminales de tierra flotante descritos en el presente documento. La carcasa 300 del sensor puede incluir aberturas 335 a través de las cuales las clavijas del sensor (por ejemplo, 325) pueden sobresalir en el suelo de la tierra de campo. Un extremo de la clavija 325 del sensor puede estar rebajado con respecto a una superficie 405 exterior de la carcasa 300 del sensor. Se entenderá, sin embargo, que la clavija 325 del sensor puede estar al ras o extenderse hacia fuera más allá de la superficie 405 exterior para hacer contacto con el suelo de la tierra de campo. Además, la carcasa 300 del sensor puede incluir una abertura 340 de puerta que exponga el material 165 de membrana de la puerta 145 al suelo de la tierra de campo.
La figura 5 ilustra una vista en perspectiva de cerca del CHEMFET 100 basado en receptores moleculares de las figuras 1A a 1D o el CHEMFET 102 de las figuras 1E a 1H, que se pueden colocar dentro de la carcasa 300 del sensor. La carcasa 300 del sensor puede incluir clavijas de sensor (por ejemplo, 325). Las clavijas del sensor (por ejemplo, 325) se pueden insertar en aberturas correspondientes (por ejemplo, 330) en la carcasa 300 del sensor. La carcasa 300 del sensor también puede incluir un pasador de drenaje (por ejemplo, 505) y un pasador de fuente (por ejemplo, 510). La clavija 505 de drenaje puede disponerse a través de la vía 130 y acoplarse eléctricamente a la línea 110 de drenaje. De manera similar, la clavija 510 de fuente puede disponerse a través de la vía 135 y acoplarse eléctricamente a la línea 115 de fuente. La clavija 505 de drenaje se puede acoplar al terminal de drenaje 'D' del circuito 200 amplificador (de la figura 2A). La clavija 510 de fuente se puede acoplar al terminal de fuente 'S' del circuito 200 amplificador (de la figura 2A). La puerta 145 se puede acoplar al terminal de puerta 'G' del circuito 200 amplificador (de la figura 2A).
El módulo 400 sensor, la carcasa 300 del sensor y/o uno o más de sus componentes pueden calibrarse en soluciones de resistencia iónica constante y concentración variable de nitrato. Los parámetros de calibración pueden actualizarse a un dispositivo de almacenamiento integrado (por ejemplo, el dispositivo 370 de memoria y/o el dispositivo 375 de almacenamiento de la figura 3C). Tal calibración puede tener lugar en el lugar de fabricación y/o montaje. Alternativamente, tal calibración puede tener lugar en el campo antes o después de desplegar el módulo 400 sensor o insertar el módulo 400 sensor en el suelo de la tierra de campo.
La figura 6 ilustra un cuerpo 605 de sonda que incluye el módulo 400 sensor de las figuras 1A a 5 insertado en el mismo. El módulo 400 sensor se puede instalar y/o contener parcial o totalmente en el cuerpo 605 de la sonda para su inserción en el suelo 610 de la tierra de campo. El cuerpo 605 de la sonda puede incluir uno o más módulos 400 sensores. El cuerpo 605 de la sonda puede estar hecho, por ejemplo, de una tubería de cloruro de polivinilo (PVC) o cualquier otro material de sonda adecuado capaz de recibir el módulo 400 sensor y capaz de insertarse en el suelo 610 de la tierra de campo.
El módulo 400 sensor puede incluir o interactuar de otro modo con el dispositivo 360 de sonda de servidor, que puede estar contenido parcial o totalmente dentro del cuerpo 605 de la sonda.
El módulo 400 sensor puede estar separado del dispositivo 360 de sonda de servidor. En otras palabras, el dispositivo 360 de sonda de servidor puede ser externo al módulo 400 sensor. El módulo 400 sensor puede interactuar de forma inalámbrica con el dispositivo 360 de sonda principal usando uno o más transceptores (por ejemplo, chips de comunicaciones de campo cercano (NFC)) para la transferencia de datos hacia y desde la sonda principal. La función inalámbrica evita romper el sello entre el suelo de la tierra de campo y la electrónica interna tanto en el módulo 400 sensor como en la sonda 605 de servidor más de lo necesario, y permite un fácil acceso para recalibrar y/o reemplazar la porción del sensor de nitrato. En algunos ejemplos, el módulo 400 sensor puede comunicarse directamente con un teléfono inteligente (por ejemplo, 345 de la figura 3C) y/o una tableta (por ejemplo, 365 de la figura 3C) a través del protocolo NFC, Bluetooth®, enlace celular y/u otra interfaz inalámbrica adecuada de corto o largo alcance. En algunas realizaciones, el dispositivo 360 de sonda de servidor puede proporcionar conductividad eléctrica, datos de pH y/o datos de temperatura con los que se pueden calibrar los datos del sensor. El dispositivo 360 de sonda de servidor puede incluir uno o más chips NFC para recibir datos o instrucciones desde y/o enviar datos o instrucciones a uno o más chips NFC del módulo 400 sensor.
Se pueden instalar múltiples cuerpos 605 de sonda, junto con módulos 400 sensores, en suelos de campo a diferentes profundidades, típicamente en la zona 615 de las raíces (es decir, desde la parte superior de la raíz hasta la parte inferior de la raíz). En otras palabras, el módulo 400 sensor puede instalarse a una profundidad dentro del suelo de la tierra de campo que está entre la parte superior de la zona 615 de raíces y la parte inferior de la zona 615 de raíces. Además, el cuerpo 605 de la sonda se puede instalar debajo de la zona 615 de las raíces. Alternativamente, un solo cuerpo 605 de sonda puede incluir múltiples módulos 400 sensores, estando cada módulo 400 sensor separado dentro de la zona 615 de las raíces y/o debajo de la zona 615 de las raíces. Esto permite la recopilación de datos, mediante un primer módulo 400 sensor, del gradiente de nitrato en el suelo de la tierra de campo en el área 615 activa de absorción de la planta, y un segundo módulo sensor (no mostrado) debajo del área 615 activa que sirve como un sistema de alerta cuando el campo está fertilizado en exceso, regado en exceso y/o el nitrato del suelo se está lavando por debajo del alcance de las raíces de las plantas.
La figura 7 es un diagrama 700 de flujo que ilustra una técnica para fijar una membrana usando resina impermeable eléctricamente aislante de acuerdo con un procedimiento de ejemplo que no es de acuerdo con la presente invención. La técnica comienza en 705, donde una región expuesta de la puerta del CHEMFET se puede cubrir con una máscara. El flujo procede a 710, donde el CHEMFET puede encapsularse mediante una primera aplicación (por ejemplo, capa y/o porción) de resina aislante e impermeable a la electricidad. En 715, la máscara se puede retirar, revelando así la región expuesta de la puerta. En 720, se puede verter un material de membrana que tiene la composición descrita anteriormente sobre la región expuesta de la puerta. En 725, la membrana se puede curar. El flujo continúa hasta 730, donde los bordes de la membrana se fijan mediante una segunda aplicación (por ejemplo, capa y/o porción) de la resina aislante eléctricamente impermeable, evitando así físicamente el desprendimiento de la membrana.
La figura 8 es un diagrama 800 de flujo que ilustra una técnica para fijar una membrana usando resina aislante eléctricamente impermeable, de acuerdo con la presente invención. La técnica comienza en 805, se vierte un material de membrana, que puede tener la composición descrita anteriormente, sobre la región expuesta de la puerta. En 810, la membrana se cura. El flujo continúa hasta 815, donde se coloca el CHEMFET en un molde. En 820, se inserta en el molde una sola aplicación contigua de resina aislante eléctricamente impermeable. En 825, los bordes de la membrana se fijan mediante la aplicación única de la resina impermeable eléctricamente aislante, evitando así físicamente que la membrana se desprenda. En 830, el CHEMFET se puede retirar del molde.
El módulo 400 sensor puede proporcionar un sistema de monitorización en tiempo real durante la fertilización, el riego y/o la fertirrigación del campo. El módulo 400 sensor puede proporcionar la capacidad de generar una alerta en respuesta a la salida de nitrato por debajo de la zona de la raíz de las plantas, ya que esto es indicativo de fertilización excesiva y/o riego y, por lo tanto, evita la aplicación derrochadora y las consecuencias ecológicas corriente abajo de la contaminación de fuente no puntual generada típicamente en grandes campos agrícolas.
El módulo 400 sensor puede proporcionar un receptor molecular con afinidad termodinámica por el nitrato, lo que mejora su selectividad sobre el interreferente común en los suelos de campo (es decir, el cloruro) y, por lo tanto, su precisión. Antes del desarrollo de los diversos ejemplos descritos en el presente documento, la falta de una membrana selectiva de nitrato con alta selectividad para el nitrato sobre el cloruro impedía la adopción de este tipo de tecnologías para la medición en el suelo.
Los diversos ejemplos de la invención descritos en el presente documento se pueden usar para proporcionar monitorización de fertirrigación en tiempo real, pruebas de suelo y/o monitorización de invernadero. Usos adicionales incluyen monitorización de aguas residuales en tiempo real, monitorización de agua de pozo, enlosado o monitorización de efluentes durante el retratamiento en sistemas de flujo cerrado (por ejemplo, viveros hidropónicos o con losas). Los ejemplos, como se describe en el presente documento, proporcionan mejores beneficios a los agricultores a través de la optimización de recursos. Debido a que se puede acceder y controlar de forma remota el módulo 400 sensor, se necesita menos mano de obra para la monitorización de nitratos. Además, se proporciona una mayor coherencia de la aportación de capital a rendimiento año tras año. Además, se pueden reducir las sanciones gubernamentales.
La siguiente discusión está destinada a proporcionar una breve descripción general de una máquina o máquinas adecuadas en las que se pueden implementar ciertos aspectos de la invención. Por lo general, la máquina o máquinas incluyen un bus del sistema al que se adjuntan procesadores, memoria, por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de solo lectura (ROM) u otro medio de preservación del estado, dispositivos de almacenamiento, una interfaz de video, y puertos de interfaz de entrada/salida. La máquina o máquinas pueden ser controladas, al menos en parte, por entrada de dispositivos de entrada convencionales, tal como teclados, ratones, etc., así como por directivas recibidas de otra máquina, interacción con un entorno de realidad virtual (VR), retroalimentación biométrica u otra señal de entrada. Como se usa en el presente documento, el término "máquina" pretende abarcar ampliamente una sola máquina, una máquina virtual o un sistema de máquinas acopladas comunicativamente, máquinas virtuales o dispositivos que operan juntos. Máquinas ilustrativas incluyen dispositivos informáticos tales como ordenadores personales, estaciones de trabajo, servidores, ordenadores portátiles, dispositivos de mano, teléfonos, tabletas, etc., así como dispositivos de transporte, tales como transporte público o privado, por ejemplo, automóviles, trenes, taxis, etc.
La máquina o máquinas pueden incluir controladores integrados, tales como dispositivos o matrices lógicas programables o no programables, circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC), ordenadores integrados, tarjetas inteligentes y similares. La máquina o máquinas pueden utilizar una o más conexiones a una o más máquinas remotas, tal como a través de una interfaz de red, módem u otro acoplamiento comunicativo. Las máquinas se pueden interconectar por medio de una red física y/o lógica, tal como una intranet, Internet, redes de área local, redes de área amplia, etc. Un experto en la técnica apreciará que la comunicación de red puede utilizar varios cables y/o portadoras y protocolos inalámbricos de corto o largo alcance, que incluyen radiofrecuencia (RF), satélite, microondas, Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 545.11, Bluetooth®, óptico, infrarrojo, cable, láser, etc.
Los ejemplos pueden describirse por referencia o junto con datos asociados, incluyendo funciones, procedimientos, estructuras de datos, programas de aplicación, etc., que cuando una máquina accede a los mismos, la máquina realiza tareas o define tipos de datos abstractos o contextos de hardware de bajo nivel. Los datos asociados se pueden almacenar, por ejemplo, en la memoria volátil y/o no volátil, por ejemplo, RAM, ROM, etc., o en otros dispositivos de almacenamiento y sus medios de almacenamiento asociados, incluyendo discos duros, disquetes, almacenamiento óptico, cintas, memoria flash, tarjetas de memoria, discos de video digital, almacenamiento biológico, etc. Los datos asociados se pueden entregar a través de entornos de transmisión, incluida la red física y/o lógica, en forma de paquetes, datos en serie, datos paralelos, señales propagadas, etc., y se puede utilizar en formato comprimido o cifrado. Los datos asociados se pueden utilizar en un entorno distribuido y se pueden almacenar de forma local y/o remota para acceder a la máquina.
Los ejemplos pueden incluir un medio legible por máquina no transitorio que comprende instrucciones ejecutables por uno o más procesadores, las instrucciones comprendiendo instrucciones para realizar los elementos de los conceptos inventivos como se describe en el presente documento.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para fijar un material (165) de membrana a una puerta (145) de un transistor (102) de efecto campo químico basado en un receptor molecular "CHEMFET", comprendiendo el procedimiento:
verter el material de membrana sobre una región (160) expuesta de la puerta;
curar el material de membrana;
colocar el CHEMFET en un molde (195) configurado para proteger la región (160) de puerta expuesta de modo que una sola aplicación de resina (157) aislante eléctricamente impermeable pueda colocarse en los bordes (182) del material (165) de membrana y otros componentes del CHEMFET (102), pero no en la región (160) de puerta expuesta; e
insertar la aplicación única de resina (157) impermeable eléctricamente aislante en el molde, fijando así los bordes (182) del material de membrana aplicando sujetadores (172) de resina de borde de resina impermeable eléctricamente aislante a todos los bordes del material de membrana, evitando así físicamente el desprendimiento del material de membrana de la puerta.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además preparar el material (165) de membrana.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que preparar el material (165) de membrana comprende además mezclar un polímero cauchutado, un ionóforo y un receptor de molécula pequeña y, opcionalmente, en el que: el polímero cauchutado incluye un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno); y
el ionóforo incluye al menos uno de bromuro de tetraalquilamonio o nitrato de tetraalquilamonio.
4. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que preparar el material (165) de membrana comprende además mezclar un polímero cauchutado, un grupo alquilo y un receptor de molécula pequeña y, opcionalmente, en el que: el polímero cauchutado incluye un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno); y
el grupo alquilo incluye bromuro de tetradecilamonio.
5. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que preparar el material (165) de membrana comprende además mezclar un polímero cauchutado, un contraión y un receptor de molécula pequeña y, opcionalmente, en el que: el polímero cauchutado incluye un polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno); y
el contraión incluye al menos uno de cloruro de tetraoctilamonio o nitrato de tetraoctilamonio.
6. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que preparar el material (165) de membrana comprende además mezclar del 8 % al 99 % en peso de polímero de poli(acrilonitrilo-cobutadieno), del 0,1 % al 19 % en peso de bromuro de tetraoctilamonio y del 0,1 % al 10 % en peso de receptor molecular en tetrahidrofurano.
7. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además retirar el CHEMFET (102) del molde (195).
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