The researchers from imec at Holst Centre are focused on developing targeted solutions for societal needs based on key technologies. One such major societal concern is water quality. Now, imec’s on-chip fluid sensor technology promises to open new opportunities to enhance water management. Already nearly at the end of the prototyping phase, imec was looking to produce probes in low volume to use in the prestigious Internet of Water Flanders project. By partnering with Wellinq Sensor Solutions*, imec found the ideal expert to take the prototype design even one step further and produce a first ‘limited edition’ robust, highly portable water probe.

From innovation to robust product

“We owe much to the experts at Wellinq Sensor Solutions for enabling us to get this probe with its unique technology to market as quickly as we did,” explains Marcel Zevenbergen, program manager gas & liquid sensing solutions at imec at Holst Centre. “As research and development institute, we drive innovation and develop key technologies that are the very basis of long-term technology-driven strategies. In this case, to help solve the urgent need to monitor and improve air and water quality.”

“The probe is set to unleash a true revolution in water quality monitoring and management: with it we can now harvest accurate, real-time and fine-grained data, from not just one or two measuring points, but a multitude of points. The sensors in the probe will measure the precise levels of environmental threats such as salination, pesticides, heavy metals and pharmaceutical products. Imec has greatly advanced the miniaturization of fluidic sensors by integrating all the necessary sensing elements on a 1 cm² area without losing sensitivity, accuracy or longevity required for the application. Sensors include the highly accurate electrical conductivity sensor and the long-term stable microfluidic-based reference electrode, an essential component for many chemical sensors.”

“But, being researchers, we don’t have the means to fulfil the step that comes after innovation: producing marketable, ready-for-use products. By partnering with industry – as we have now done with Wellinq Sensor Solutions – we are moving beyond the proof-of-concept stage to offering a tailor-made, robust product for the Flemish Internet of Water project. Don’t forget there are many challenges to be solved going from developing an on-chip fluid sensor, to having in place a probe that is small, robust, lightweight and that can withstand the adverse influences of water and weather. Not to forget the capability to remain functioning even if the probe should dry out in case of low water levels. To make such a probe requires other, unique skills. Wellinq Sensor Solutions has the expertise and production capacity we were looking for.”

“Yes, it might have been possible for us to make a single, or a couple of probes, without getting Wellinq Sensor Solutions on board. But, besides the longer time it would have taken us, we would certainly not be able to produce the number of probes that are needed to make the Flanders water project successful.”

More than the sum of the parts

“At Wellinq Sensor Solutions our core business is advanced sensor technology. Our specialization is being able to integrate these sensors into the products of our clients. When imec approached us, they were already in an advanced stage with their electrical conductivity, nitrate and pH sensors. But there was an urgency on their part to have a finished product containing multiple sensors – for use in the Flanders water project,” recalls Ria Oosterveld business development manager at Wellinq Sensor Solutions.

Oosterveld continues: “The partnership has been extremely fruitful, building on each other’s know-how. The probe that we designed and produced now contains multiple sensors: developed by imec or Wellinq Sensor Solutions. The choice of sensors was done in close collaboration with imec, each time opting for the sensor that best fit the use case.”

“Besides developing and producing our own range of sensors, we are specialized in the integration of sensor technology for a broad range of applications. Worldwide, we work with leading research institutes and high-tech industry. We typically have commercial clients. With this project, we are not making something in answer to market demand. We are making an innovative probe that can help find answers to major societal and environmental challenges related to clean air and water. As soon as the added value of this probe has been proven in the Flanders project, we hope and expect to find a commercial party who can add the probe to its product portfolio and market this innovative technology.”

Partnering to make a unique probe

“As both imec and Wellinq Sensor Solutions operate in the field of sensor development, the primary need was to clearly agree on the tasks and expertise required from both sides to be able to bring the project to a successful conclusion,” Oosterveld remarks.

Zevenbergen: “Our primary goal was to find a partner who had the expertise to be able to make the probe that we had in mind: one that keeps on working in varying dry or wet conditions. Wellinq Sensor Solutions has unique skills in successfully developing, manufacturing and integrating ultra-small sensors into custom sensor assemblies that can survive in harsh fluidic environments. So, we moved on from there."

Oosterveld: “We have each kept our own sensor IP. With the sensor technologies already being available, we have been able to move quickly in completing the design and development of the probe. We focused on making the probe robust, lightweight and easy-to-use in a network of sensors: all exactly in line with the requirements set out by imec.”

Driving innovation

Zevenbergen: “The next step for us will be to move to other areas in which our advanced sensor technology could be successfully applied. Take, for instance, bio-processes in the pharmaceutical industry which require highly accurate measurements of such things as temperature, pH levels, conductivity and for instance dissolved oxygen. Together with Wellinq Sensor Solutions we are looking at ways in which we can build on each other’s sensor know-how to drive innovation and use the probe in applications as varied as food safety monitoring to monitoring chemical processes.”

Oosterveld: “Yes, this collaboration is, to me, a perfect example of how you can work together to achieve your goal and more! Imec’s technology enabler for a network of water probes is an extremely valuable innovation. But, without a properly functioning probe, a great idea is doomed to fail. That’s where we came in. And it’s how we hope to continue this partnership: using the strengths of both organisations to build sensor solutions that make the impossible possible.”

*also known as Sentron Europe

Dutch version

Innovatieve technologieën omzetten in robuuste oplossingen dankzij partnership imec en Wellinq Sensor Solutions

De onderzoekers van imec in Holst Centre houden zich bezig met het ontwikkelen van sleuteltechnologieën als antwoord op maatschappelijke vraagstukken. Een van de meest actuele en dringende vraagstukken is de zorg om de kwaliteit van het oppervlaktewater. Imecs baanbrekende on-chip sensortechnologie opent nu nieuwe mogelijkheden voor verbeterd waterbeheer.

Voor het toepassen van de sensoren in het prestigieuze Vlaamse Internet of Water-project ontstond de noodzaak een sonde te produceren. In Wellinq Sensor Solutions* vond imec de ideale expert en partner om op basis van het prototype de eerste 'limited edition' robuuste sensoren te produceren.

Van prototype naar robuust product

"Dat we deze sonde met zijn unieke technologie zo snel op de markt hebben kunnen brengen, is grotendeels te danken aan de experts van Wellinq Sensor Solutions", vertelt Marcel Zevenbergen, programmamanager gas & liquid sensing solutions bij imec in Holst Centre. "Als onderzoeks- en ontwikkelingsinstituut sturen we innovaties aan. Daarbij ontwikkelen we sleuteltechnologieën die de basis vormen van technologie-gedreven langetermijnstrategieën. In dit geval, om te helpen bij het oplossen van de dringende behoefte om de lucht- en waterkwaliteit te monitoren en te verbeteren."

"De sonde zal een ware revolutie ontketenen in de monitoring en het beheer van waterkwaliteit: met de sonde kunnen we nu nauwkeurige, real-time en fijnkorrelige gegevens verzamelen, niet van slechts één of twee meetpunten, maar van een veelheid van punten. Denk hierbij aan de vele zaken die invloed hebben op waterkwaliteit, zoals verzilting, pesticiden, zware metalen en farmaceutische producten. Imec is het gelukt alle noodzakelijke sensorelementen – waaronder een zeer nauwkeurige elektrische geleidbaarheidssensor en de op lange termijn stabiele referentie-elektrodes – te integreren op een oppervlakte van 1 cm². Dit alles zonder in te leveren op nauwkeurigheid of levensduur."

"Maar omdat we onderzoekers zijn, hebben we niet de middelen om de stap te zetten die na innovatie komt: het produceren van verkoopbare, gebruiksklare producten. Door samen te werken met de industrie – zoals we nu hebben gedaan met Wellinq Sensor Solutions – gaan we verder dan de proof-of-concept-fase en hebben we nu een op maat gemaakt, robuust product voor het Vlaamse Internet of Water-project. Vergeet niet dat er heel wat uitdagingen op te lossen zijn. Van het ontwikkelen van een vloeistofsensor op een chip, tot het ontwerpen van een sonde die klein, robuust en licht is en die ook bestand is tegen de negatieve invloeden van water en weer. En niet te vergeten het vermogen om te blijven functioneren! Zelfs als de sonde droog zou vallen bij een laag waterpeil. Het maken van een dergelijke sonde vereist andere, unieke vaardigheden. Wellinq Sensor Solutions heeft de expertise en productiecapaciteit die we zochten."

"Ja, het was voor ons misschien mogelijk geweest een enkele, of een paar sondes te maken, zonder Wellinq Sensor Solutions aan boord te halen. Maar, afgezien van de langere tijd die het ons zou hebben gekost, zouden we zeker niet in staat zijn het aantal sondes te produceren dat nodig is om het waterproject in Vlaanderen tot een succes te maken."

Meer dan de som der delen

"Bij Wellinq Sensor Solutions is onze core business geavanceerde sensortechnologie. Onze specialisatie ligt in het kunnen integreren van deze sensoren in de producten van onze klanten. Toen imec ons benaderde, waren ze al in een vergevorderd stadium met hun elektrische geleidbaarheid-, nitraat- en pH-sensors. Maar er was haast geboden bij het produceren van een kant-en-klare sonde met daarin meerdere sensoren. Deze moest voldoen aan alle eisen van het Vlaamse waterproject. De sonde is nu een combinatie van unieke technologie van zowel van als imec als van Wellinq Sensor Solutions", vertelt Ria Oosterveld, business development manager bij Wellinq Sensor Solutions.

Oosterveld: "De samenwerking is zeer vruchtbaar geweest, voortbouwend op elkaars knowhow. De sonde die we ontwierpen en produceerden, bevat nu meerdere sensoren: ontwikkeld door imec of Wellinq Sensor Solutions. De keuze van de sensoren gebeurde in nauwe samenwerking met imec, waarbij telkens werd geopteerd voor de sensor die het best aansloot bij de ‘use case’."

"Naast het ontwikkelen en produceren van onze eigen sensoren, is Wellinq Sensor Solutions gespecialiseerd in de integratie van sensortechnologie in een breed scala van toepassingen. We werken met wereldwijd bekende onderzoeksinstituten en high-tech industrie. Daarbij hebben wij doorgaans commerciële klanten. Met dit project maken we niet iets als antwoord op een marktvraag. We maken een innovatieve sonde die kan helpen antwoorden te vinden op grote maatschappelijke en milieuvraagstukken op het gebied van lucht- en waterkwaliteit. Zodra de toegevoegde waarde van deze sonde is bewezen in het Vlaanderen-project, hopen en verwachten we een commerciële partij te vinden die de sonde aan zijn productportfolio kan toevoegen en deze innovatieve technologie op de markt kan brengen".

Samenwerken om een unieke sonde te maken

"Omdat zowel imec als Wellinq Sensor Solutions beide actief zijn in de ontwikkeling van sensoren, was de eerste prioriteit om duidelijk af te spreken wie welke taken en ervaring zal inzetten om het project tot een succesvol einde te brengen", merkt Oosterveld op.

Zevenbergen: "Ons voornaamste doel was om een partner te vinden die de expertise in huis had om de sonde te maken die wij voor ogen hadden: een die blijft werken onder wisselende droge of natte omstandigheden. Wellinq Sensor Solutions heeft unieke vaardigheden in het succesvol ontwikkelen, produceren en integreren van extreem kleine sensoren in op maat gemaakte halffabricaten of eindproducten die kunnen overleven in barre omstandigheden. Dat was de basis van onze samenwerking.”

Oosterveld: "We hebben ieder onze eigen sensor IP behouden. Omdat de sensortechnologieën al beschikbaar waren, hebben we het ontwerp en de ontwikkeling van de sonde snel kunnen afronden. We hebben ons gericht op het vervaardigen van een sonde die zowel robuust als lichtgewicht is en eenvoudig te gebruiken is in een netwerk van sensoren: allemaal precies volgens de eisen die imec stelde."

Aansturen van innovatie

Zevenbergen: "De volgende stap voor ons is om te kijken naar andere domeinen waarin onze geavanceerde sensortechnologie succesvol kan worden toegepast. Neem bijvoorbeeld bio-processen in de farmaceutische industrie. Die vereisen zeer nauwkeurige metingen van bijvoorbeeld temperatuur, pH-waarde, geleidbaarheid en opgeloste zuurstof. Daarom kijken we nu samen met Wellinq Sensor Solutions verder naar manieren waarop we verder kunnen bouwen op elkaars sensor-knowhow. Op die manier willen wij innovatieve toepassingen van de sonde – van monitoring van voedselveiligheid tot chemische processen – mogelijk maken.

Oosterveld: "Ja, deze partnership is voor mij een perfect voorbeeld van hoe je samen kunt werken om je doel te bereiken en meer! imec's ‘technology enabler’ voor een netwerk van watersondes is een zeer waardevolle innovatie. Maar zonder een goed functionerende sonde is een geweldig idee gedoemd te mislukken. Dat is waar wij om de hoek komen kijken. En zo hopen we deze samenwerking voort te zetten: door de krachten van beide organisaties te bundelen om sensoroplossingen te ontwikkelen die het onmogelijke mogelijk maken."

*ook bekend als Sentron Europe