Anturilaastari istuu kasvin lehdellä

Tutkijat ovat kehittäneet uuden laastarin, jota kasvit voivat "kuluttaa" seuratakseen jatkuvasti sairauksia tai muita rasituksia, kuten satovahinkoja tai äärimmäistä lämpöä.

"Olemme luoneet puettavan sensorin, joka seuraa kasvien stressiä ja sairauksia ei-invasiivisella tavalla mittaamalla kasvien lähettämiä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä", kertoo Qingshan Wei, kemian ja biomolekyylitekniikan apulaisprofessori North Carolina State Universitystä ja muusta -työtä koskevan paperin kirjeenvaihtaja.

Nykyiset testausmenetelmät kasvien stressi tai tauti sisältää kasvikudosnäytteiden ottamisen ja määrityksen suorittamisen laboratoriossa. Tämä antaa viljelijöille kuitenkin vain yhden mittauksen, ja sen välillä, kun viljelijät ottavat näytteen, ja testitulosten saamisen välillä on aikaa.

Kasvit tuottavat erilaisia ​​VOC-yhdistelmiä eri olosuhteissa. Kohdistamalla haihtuvat orgaaniset yhdisteet, jotka ovat merkityksellisiä tietyille sairauksille tai kasvien stressille, anturit voivat varoittaa käyttäjiä erityisistä ongelmista.

”Teknologiamme seuraa VOC-päästöt tehtaalta jatkuvasti vahingoittamatta laitosta ”, Wei sanoo. "Esittelemämme prototyyppi tallentaa tämän seurantatiedon, mutta tulevat versiot lähettävät tiedot langattomasti. Kehittämämme avulla viljelijät voivat tunnistaa kentällä esiintyvät ongelmat - heidän ei tarvitse odottaa saadakseen testituloksia laboratoriosta. "


sisäinen tilausgrafiikka


Suorakulmaiset laastarit ovat 30 millimetriä (1.18 tuumaa) ja ne koostuvat joustavasta materiaalista, joka sisältää grafeenipohjaisia ​​antureita ja joustavia hopeananalankoja. Anturit on päällystetty erilaisilla kemiallisilla ligandeilla, jotka reagoivat tiettyjen VOC-yhdisteiden läsnäoloon, jolloin järjestelmä pystyy havaitsemaan ja mittaamaan VOC-yhdisteitä kaasuissa, joita kasvin lehdet lähettävät.

Tutkijat testasivat laitteen prototyypin tomaattikasveilla. Prototyyppi perustettiin seuraamaan kahden tyyppistä stressiä: kasvin fyysinen vaurio ja tartunta P. infestans, taudinaiheuttaja, joka aiheuttaa myöhään rappotauti tomaateissa. Järjestelmä havaitsi fyysisiin vaurioihin liittyvät VOC-muutokset yhden tai kolmen tunnin kuluessa sen mukaan, kuinka lähellä vahinko oli laastarin kohtaan.

Havaitseminen P. infestans kesti kauemmin. Teknologia ei herättänyt muutoksia VOC-päästöissä vasta kolmesta neljään päivään sen jälkeen, kun tutkijat ympäsivät tomaattikasveja.

"Tämä ei ole huomattavasti nopeampaa kuin myöhästyneen taudin visuaalisten oireiden ilmaantuminen", Wei sanoo. "Seurantajärjestelmä tarkoittaa kuitenkin, että viljelijöiden ei tarvitse luottaa vähäisten visuaalisten oireiden havaitsemiseen. Jatkuva seuranta antaisi viljelijöille mahdollisuuden tunnistaa kasvitautit mahdollisimman nopeasti, mikä auttaa heitä rajoittamaan taudin leviämistä. "

"Prototyyppimme pystyvät jo havaitsemaan 13 erilaista kasvin VOC-yhdisteitä erittäin tarkasti, jolloin käyttäjät voivat kehittää räätälöidyn anturiryhmän, joka keskittyy kasvattajan mielestä tärkeimpiin rasituksiin ja sairauksiin", kertoo Yong Zhu, kone- ja avaruustekniikan professori -lehden kirjeenvaihtaja.

"On myös tärkeää huomata, että materiaalit ovat melko edullisia", Zhu sanoo. "Jos valmistusta laajennettaisiin, uskomme, että tämä tekniikka olisi edullinen. Yritämme kehittää käytännön ratkaisua reaalimaailman ongelmaan, ja tiedämme, että kustannukset ovat tärkeä näkökohta. "

Tutkijat pyrkivät kehittämään seuraavan sukupolven laastaria, joka voi seurata lämpötilaa, kosteutta ja muita ympäristömuuttujia sekä VOC-yhdisteitä. Ja vaikka prototyypit olivat akkukäyttöisiä ja tallensivat tiedot paikan päällä, tutkijat suunnittelevat tulevaisuuden versiot olevan aurinkoenergiaa käyttäviä ja kykeneviä langattomaan tiedonsiirtoon.

Zheng Li, entinen postdoc NC-osavaltiossa, joka on nyt apulaisprofessori Shenzhenin yliopistossa, ja Yuxuan Li, tohtorikoulutettava NC-osavaltiossa, ovat lehdessä julkaistun paperin ensimmäisiä kirjoittajia. asia. Muita tekijöitä ovat Stony Brookin yliopistosta ja NC-osavaltiosta.

Työ sai tukea Yhdysvaltain maatalousministeriöltä, National Science Foundationilta ja NC-osavaltiolta.

Lähde: NC-valtio

Author

Matt Shipman-NC-osavaltio

kirjat-puutarhanhoito

Tämä artikkeli ilmestyi alun perin Futurity-lehdessä