Forskere har udviklet et nyt plaster, som planter kan "bære" til kontinuerligt at overvåge sygdomme eller andre belastninger, såsom afgrødeskader eller ekstrem varme.
"Vi har oprettet en bærbar sensor, der overvåger plantestress og sygdom på en ikke-invasiv måde ved at måle de flygtige organiske forbindelser (VOC'er), der udsendes af planter," siger Qingshan Wei, adjunkt i kemisk og biomolekylær teknik ved North Carolina State University og co -tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet.
Nuværende testmetoder for plante stress eller sygdom involverer at tage plantevævsprøver og udføre en analyse i et laboratorium. Dette giver dog kun producenterne en måling, og der er en tidsforsinkelse mellem, hvornår producenterne tager en prøve, og når de får testresultaterne.
Planter udsender forskellige kombinationer af VOC under forskellige omstændigheder. Ved at målrette VOC'er, der er relevante for specifikke sygdomme eller plantestress, kan sensorerne advare brugerne om specifikke problemer.
”Vores teknologi overvåger VOC-emissioner fra planten kontinuerligt uden at skade planten, ”siger Wei. ”Prototypen, vi har demonstreret, gemmer disse overvågningsdata, men fremtidige versioner sender dataene trådløst. Det, vi har udviklet, gør det muligt for avlere at identificere problemer i marken - de behøver ikke vente med at modtage testresultater fra et laboratorium. ”
De rektangulære pletter er 30 mm lange og består af et fleksibelt materiale indeholdende grafenbaserede sensorer og fleksible sølv nanotråde. Sensorerne er belagt med forskellige kemiske ligander, der reagerer på tilstedeværelsen af specifikke VOC'er, så systemet kan detektere og måle VOC'er i gasser, som plantens blade udsender.
Forskerne testede en prototype af enheden på tomatplanter. Prototypen blev oprettet til at overvåge for to typer stress: fysisk skade på planten og infektion af P. infestans, det patogen, der forårsager sent rødme sygdom i tomater. Systemet opdagede VOC-ændringer, der var forbundet med den fysiske skade inden for en til tre timer, afhængigt af hvor tæt skaden var på stedet for plasteret.
Registrering af tilstedeværelsen af P. infestans tog længere tid. Teknologien afhentede ikke ændringer i VOC-emissioner før tre til fire dage efter forskere podede tomatplanterne.
"Dette er ikke markant hurtigere end synlige symptomer på senblodssygdom," siger Wei. ”Overvågningssystemet betyder dog, at avlerne ikke behøver at stole på at opdage små visuelle symptomer. Kontinuerlig overvågning vil gøre det muligt for avlere at identificere plantesygdomme så hurtigt som muligt og hjælpe dem med at begrænse spredning af sygdommen. ”
"Vores prototyper kan allerede registrere 13 forskellige VOC'er med høj nøjagtighed, så brugerne kan udvikle et tilpasset sensorarray, der fokuserer på de belastninger og sygdomme, som en avler mener er mest relevante," siger Yong Zhu, professor i mekanik og rumfartsteknologi og co -tilsvarende forfatter til papiret.
"Det er også vigtigt at bemærke, at materialerne er relativt lave," siger Zhu. ”Hvis fremstillingen blev opskaleret, tror vi, at denne teknologi ville være overkommelig. Vi forsøger at udvikle en praktisk løsning på et virkeligt problem, og vi ved, at omkostninger er en vigtig overvejelse. ”
Forskerne arbejder i øjeblikket på at udvikle en næste generations patch, der kan overvåge temperatur, fugtighed og andre miljøvariabler samt VOC'er. Og mens prototyperne var batteridrevne og lagrede dataene på stedet, planlægger forskerne, at fremtidige versioner skal være soldrevne og i stand til trådløs dataoverførsel.
Zheng Li, en tidligere postdoc ved NC State, der nu er adjunkt ved Shenzhen University, og Yuxuan Li, en ph.d.-studerende ved NC State, er medforfattere til papiret, offentliggjort i tidsskriftet Matter. Yderligere medforfattere er fra Stony Brook University og NC State.
Arbejdet modtog støtte fra US Department of Agriculture, National Science Foundation og NC State.
Kilde: NC-stat
Om forfatteren
bøger-havearbejde
Denne artikel blev oprindeligt vist på Futurity
