【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種植物可以"穿戴"的貼片，以持續(xù)監(jiān)測植物疾病或其他壓力，如作物損害或極端高溫。"我們創(chuàng)造了一種可穿戴的傳感器，通過測量植物排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，以非侵入性的方式監(jiān)測植物的壓力和疾病，"關(guān)于這項工作的一篇論文的共同通訊作者Qingshan Wei說。Wei是北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系的一名助理教授。
目前測試植物壓力或疾病的方法包括采集植物組織樣本并在實驗室進(jìn)行檢測。然而，這只能給種植者提供一個測量結(jié)果，而且在種植者取樣和得到測試結(jié)果之間存在一個時間差。
植物在不同的情況下會排放不同的VOC組合。通過鎖定與特定疾病或植物壓力有關(guān)的VOC，傳感器可以提醒用戶注意特定的問題。
"我們的技術(shù)連續(xù)監(jiān)測植物的VOC排放，而不傷害植物，"Wei說。"我們展示的原型儲存了這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，但未來的版本將以無線方式傳輸這些數(shù)據(jù)。我們所開發(fā)的產(chǎn)品使種植者能夠在田間發(fā)現(xiàn)問題--他們不必等待從實驗室收到測試結(jié)果。"
這種矩形的貼片有30毫米長，由一種含有石墨烯基傳感器和柔性銀納米線的柔性材料組成。傳感器上涂有各種化學(xué)配體，對特定的VOC的存在作出反應(yīng)，使該系統(tǒng)能夠檢測和測量植物葉片排放的氣體中的VOC。
研究人員在西紅柿植物上測試了該設(shè)備的一個原型。該原型被設(shè)置為監(jiān)測兩種類型的壓力：對植物的物理損害和P. infestans的感染，這是導(dǎo)致番茄晚疫病的病原體。該系統(tǒng)在一到三小時內(nèi)檢測到了與物理損害相關(guān)的揮發(fā)性有機(jī)化合物變化，這取決于損害離補(bǔ)丁的位置有多近。
檢測P. infestans的存在需要更長時間，該技術(shù)直到研究人員給番茄植株接種后三到四天才發(fā)現(xiàn)VOC排放的變化。
Wei說："這并不比晚疫病的視覺癥狀的出現(xiàn)明顯快。然而，該監(jiān)測系統(tǒng)意味著種植者不必依賴檢測微小的視覺癥狀。連續(xù)監(jiān)測將使種植者能夠盡快識別植物疾病，幫助他們限制疾病的傳播。"
"我們的原型已經(jīng)可以高精度地檢測13種不同的植物揮發(fā)性有機(jī)化合物，允許用戶開發(fā)一個定制的傳感器陣列，專注于種植者認(rèn)為最相關(guān)的壓力和疾病，"該論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系杰出教授Zhu Yong說。
Zhu說："同樣重要的是要注意到，這些材料的成本相當(dāng)?shù)汀Ｈ绻圃煲?guī)模擴(kuò)大，我們認(rèn)為這項技術(shù)將是負(fù)擔(dān)得起的。我們正試圖為一個現(xiàn)實世界的問題開發(fā)一個實用的解決方案，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(fā)下一代貼片，可以監(jiān)測溫度、濕度和其他環(huán)境變量以及VOC。雖然原型是由電池供電并在現(xiàn)場存儲數(shù)據(jù)，但研究人員計劃未來的版本是由太陽能供電并能進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。
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