可穿戴貼片監測植物的疾病和壓力

傳感器貼片位於植物的葉子上

研究人員開發了一種新的貼片,植物可以“佩戴”以持續監測疾病或其他壓力,例如作物損壞或極端高溫。

“我們創造了一種可穿戴傳感器,通過測量植物釋放的揮發性有機化合物 (VOC) 以非侵入性方式監測植物壓力和疾病,”北卡羅來納州立大學化學和生物分子工程助理教授魏青山說。 - 論文的通訊作者。

目前的測試方法 植物脅迫 或疾病涉及採集植物組織樣本並在實驗室進行檢測。 然而,這只給種植者一個測量值,並且種植者取樣和獲得測試結果之間存在時間差。

植物在不同情況下會排放不同組合的 VOC。 通過針對與特定疾病或植物壓力相關的 VOC,傳感器可以提醒用戶注意特定問題。

“我們的技術監測 VOC排放 不斷地從植物中分離出來,而不會傷害植物,”魏說。 “我們展示的原型存儲了這些監控數據,但未來的版本將以無線方式傳輸數據。 我們開發的產品使種植者能夠發現該領域的問題——他們不必等待從實驗室接收測試結果。”

矩形貼片長 30 毫米(1.18 英寸),由包含石墨烯傳感器和柔性銀納米線的柔性材料組成。 傳感器塗有各種化學配體,可響應特定 VOC 的存在,使系統能夠檢測和測量植物葉子排放的氣體中的 VOC。

研究人員在番茄植物上測試了該設備的原型。 該原型被設置為監測兩種類型的壓力:對植物的物理損害和由 疫黴, 病原體導致晚期 疫病 在西紅柿中。 該系統在一到三個小時內檢測到與物理損壞相關的 VOC 變化,具體取決於損壞與補丁位置的距離。

檢測存在 疫黴 花了更長的時間。 直到研究人員接種番茄植株後三到四天,該技術才發現 VOC 排放的變化。

“這並不比晚疫病的視覺症狀出現快得多,”魏說。 “然而,監控系統意味著種植者不必依賴於檢測微小的視覺症狀。 持續監測將使種植者能夠盡快識別植物病害,幫助他們限制疾病的傳播。”

“我們的原型已經可以高精度檢測 13 種不同的植物 VOC,允許用戶開發定制的傳感器陣列,專注於種植者認為最相關的壓力和疾病,”機械和航空航天工程教授 Yong Zhu 說。 ——論文通訊作者。

“同樣重要的是要注意,這些材料的成本相當低,”朱說。 “如果擴大製造規模,我們認為這項技術將是負擔得起的。 我們正在努力為現實世界的問題開發實用的解決方案,我們知道成本是一個重要的考慮因素。”

研究人員目前正在努力開發下一代貼片,該貼片可以監測溫度、濕度和其他環境變量以及 VOC。 雖然原型由電池供電並在現場存儲數據,但研究人員計劃未來的版本由太陽能供電並能夠無線數據傳輸。

前北卡羅來納州立大學博士後、現任深圳大學助理教授鄭麗和北卡羅來納州立大學博士生李宇軒是該論文的共同第一作者,發表在該期刊上 . 其他合著者來自石溪大學和北卡羅來納州立大學。

這項工作得到了美國農業部、國家科學基金會和北卡羅來納州的支持。

資源: NC狀態

關於作者

馬特希普曼-北卡羅來納州

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