随着各类检测技术的快速发展，开发新产品满足新的需求既令人兴奋又充满挑战。本篇以蜂鸟探针微量抛弃式免校正pH电极的开发历程为例，我们邀请超级生技创办人谢秉羲和大家分享一下电化学检测产品的研发从最初的构思到研究和原型设计每个步骤，包括确定市场需求、研究竞争对手、构思解决方案、制定产品蓝图以及打造最简可行产品。
发现阶段的关键主题，既包含探索需求，也包括筛选需求。通过观察，收集大量没有得到满足的测试需求，根据各种应用场景，利益相关者和市场特点等信息，筛选并确定有前景的几项。以pH检测蜂鸟探针这款产品的设计初衷来看。以前我们在实验室的工作，当涉及到溶液配置，产物合成或样品处理时很常会需要用到pH计量测酸碱值。实验室最常使用的是传统的玻璃电极，玻璃电极的使用就有很多需要注意的事项。
在使用玻璃pH电极时，通常要将玻璃电极从保存液（饱和的KCl溶液）中取出，检查电极表面是否有磨损或者气泡，若外观正常可使用蒸馏水或待测液体冲洗表面的盐分后，吸乾备用。每週或者需要精确测试时，要准备校正液按照使用说明进行电极的两点校正，之后才能开始进行实验。除了这些校正步骤之外还要注意是否打开玻璃电极上面的塞子，或者在测定有温度的样品时电极内温度和样品温度是否一致。通常实验室的pH玻璃电极都是公用的，有时遇到一些新来的人员对于pH计的使用不那么了解，或者测了某些样品之后电极表面被汙染（例如一些含油性，蛋白质或者脂类的物质）之后电极钝化，造成pH玻璃电极无法正确测量。这种情况要花费一些精力和时间来清洗或者维护让它可以恢復正常，甚至有时候只能报废换新的玻璃电极。最怕是在不知情的状况下，不知道pH玻璃电极已经有误差下还使用，造成之后的研究工作产生很多问题。
以上这些就是pH玻璃电极测试的缺点和用户的痛点，所以我们在做产品原型设计就是从这些痛点和竞争对手的缺点开始发想。我们在产品构想的的初期，对整个市场进行了广泛的筛查，我们称之为需求发现。酸硷pH值的的测量，有比色法(pH试纸和比色皿)和电位法。比色法最简单，但无法提供比较精确的测量。电位法的核心理论是能斯特方程可获得精确且结果可重複的pH值，市场上目前有各种各样的pH电极（例如玻璃电极，塑胶电极，平面电极，固体电极等），每一种电极都有他适用的样品和范围。所以如果有一种电极可以适用于尽可能多形态和要求，应该会是一个很不错的点子。
| pH电极种类/适用样品 | 普通玻璃电极 | 固体/胶体填充无陶瓷孔电极 | 微型电极 | 平面电极 | 单次使用塑胶电极 | 低薄膜电阻电极 | 蜂鸟探针 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 适用于大多数澄清样品 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| 适用于水溶性样品 | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
| 适用于强硷性样品 | ▲ | ✓ | |||||
| 适用于高汙染性样品(废水) | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| 适用于染剂/土壤/食品等(塑胶外壳保护避免撞击破损) | ✓ | ✓ | |||||
| 适用于含悬浮物样品 | ✓ | ✓ | |||||
| 适用于含蛋白质样品 | ✓ | ✓ | |||||
| 适用于微量含有机溶剂样品 | ▲ | ✓ | |||||
| 极细设计适用于小体积容器如Eppendorf离心管、NMR试管 | ✓ | ✓ | |||||
| 可测量如DNA等昂贵样品 | ✓ | ✓ | |||||
| 适用于高黏度样品如蜂蜜/果酱/染发剂等 | ✓ | ||||||
| 可灭菌，适用于生化实验室 | ✓ | ▲ | |||||
| 适用于少量或是平面样品 | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| 可用于量测皮肤/纸张/血液/Agar plate等样品 | ✓ | ▲ | |||||
| 适用于纯水等低离子浓度样品测量 | ✓ | ✓ | |||||
| 气体样品 | ✓ |
我们团队就开始思考有没有一种pH电极可以满足尽可能多的样品测试需求，维护又简单，即使对于没有经过严格培训的人员都可以达到精确测量的需求。
在发现阶段，我们了解的市场需求，使用者痛点后所建立了一些“你有，我也有”的规格是基本要求，但是要在商海中建立新产品新品牌，需要有一眼就能辨识的产品特色和规格。所以将蜂鸟探针的产品定位在以下三点：
根据这样的产品定位需求，我们试想了很多有可能可以实现的方式。pH值精确量测量测基于电化学的能斯特方程，所以电极的设计至关重要。尝试很多种类的电极之后最后决定使用网版印刷电极作为基本架构来实现以上产品的特色定位。
网版印刷电极(Screen-printed electrodes,SPE)是通过网版印刷技术，利用一具有细微孔洞的网版，将导电油墨挤压透过网版而印製在目标载体上，因此可设计印刷特定形状与大小，一般印製的油墨线宽介于100 μm与数个毫米之间，厚度则最薄约为10 μm。我们可以将网版电极的尺寸做小就可以解决微量样品的需求。
再来网版印刷电极的製作成本比起构造複杂的玻璃电极要低许多，所以我们设计让使用者以抛弃式的方式来使用pH电极，既可以解决电极保存维护又可以解决电极汙染的问题。
最后就是如何解决免校正的问题。pH电极需要校正是因为在使用中电极因为清洁中的磨损或者汙染改变了电极表面的有效离子交换面积，所以需要使用标准液做两点到三点校正后才能让测量可以回到精确的状态。对于网版印刷电极来说，我们只要能够稳定生产出批间差足够小，品质高的网版印刷电极。就可以在原厂实现批量校正后，让使用者无需另外购置标准溶液及花费时间校正，取出我们的电极就可以直接使用。
全世界有很多电化学研究使用的仪器电极生产商。但每一家都会有其特色，有些专注于研究实验室开发开发阶段会提供比较高阶的产品，有些专注于量产代工。 我们选择了具有丰富电化学产品设计经验的禅谱科技（Zensor R&D)参与我们的共同开发讨论。因为Zensor的团队是由资深的电化学研学者结合具有丰富产业经验的检测产品开发技术人员所组成。所以Zensor从客製化电极设计，电极成本控制考量，高品质电极量产规划等给与了我们丰富的意见。以蜂鸟探针的产品定位出发，他们协助一起解决了产品开发的核心问题，例如：
把这些问题在产品设计之初就考量在产品设计中对于之后的开发过程减少很多不必要的弯路。有产业经验和产品开发导向的合作伙伴也会随着你的成长，除了提供专业意见之外，还能提供你从模型机，试产，量产的，软硬体整合的一站式服务。
因为使用高精度的网版印刷技术，所以我们可以将抛弃式的pH感测元件做得非常小而且可以将检测精度提高到正负0.1pH。所以对于一样有抛弃式需求的感测器若需要嵌入pH感测元件我们可以提供丰富的客製化服务（OEM/ODM)。所以除了经营自己的品牌不对推陈出新新的产品，因为抛弃式电极的设计，我们也将在pH酸碱检测市场带来新的商业模式。不仅可以持续性低单价销售抛弃式微量pH电极给使用者直觉使用，不用一次购置整套昂贵的专业玻璃电极及设备，就可以在不使用额外耗材零维护成本的状况下，让pH检测变得更容易上手，数据更可靠。
之外，我们也将变身为优良的合作厂商提供给更多上游产品高品质的客製化服务。将pH检测以模组形式嵌入到其他有pH测试需求的产品中，以我们的专利技术创造更多元的发展空间。
We gotta make effort to let your dream come true！
