De sensorpleister zit op het blad van een plant

Onderzoekers hebben een nieuwe patch ontwikkeld die planten kunnen "dragen" om continu te controleren op ziekten of andere stress, zoals gewasschade of extreme hitte.

"We hebben een draagbare sensor gemaakt die plantstress en ziekte op een niet-invasieve manier bewaakt door de vluchtige organische stoffen (VOS) te meten die door planten worden uitgestoten", zegt Qingshan Wei, assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de North Carolina State University en co -corresponderende auteur van een paper over het werk.

Huidige testmethoden voor: plantenstress of ziekte omvatten het nemen van plantenweefselmonsters en het uitvoeren van een test in een laboratorium. Dit geeft telers echter maar één meting en er is een tijdsverloop tussen het moment waarop telers een monster nemen en het moment waarop ze de testresultaten krijgen.

Planten stoten onder verschillende omstandigheden verschillende combinaties van VOS uit. Door zich te richten op VOC's die relevant zijn voor specifieke ziekten of plantenstress, kunnen de sensoren gebruikers waarschuwen voor specifieke problemen.

“Onze technologie monitoren VOS-emissies continu uit de plant, zonder de plant te beschadigen”, zegt Wei. “Het prototype dat we hebben gedemonstreerd slaat deze monitoringgegevens op, maar toekomstige versies zullen de gegevens draadloos verzenden. Met wat we hebben ontwikkeld, kunnen telers problemen in het veld identificeren - ze hoeven niet te wachten op testresultaten van een laboratorium."


innerlijk abonneren grafisch


De rechthoekige patches zijn 30 millimeter (1.18 inch) lang en bestaan ​​uit een flexibel materiaal met op grafeen gebaseerde sensoren en flexibele zilveren nanodraden. De sensoren zijn gecoat met verschillende chemische liganden die reageren op de aanwezigheid van specifieke VOS, waardoor het systeem VOS kan detecteren en meten in gassen die de bladeren van de plant uitstoten.

De onderzoekers testten een prototype van het apparaat op tomatenplanten. Het prototype is opgezet om te monitoren op twee soorten stress: fysieke schade aan de plant en infectie door P. infestans, de ziekteverwekker die late bacterievuurziekte bij tomaten. Het systeem detecteerde VOC-veranderingen die verband hielden met de fysieke schade binnen één tot drie uur, afhankelijk van hoe dicht de schade zich bij de plek van de pleister bevond.

Detectie van de aanwezigheid van P. infestans duurde langer. De technologie nam geen veranderingen in VOS-emissies waar tot drie tot vier dagen nadat onderzoekers de tomatenplanten hadden geënt.

"Dit is niet duidelijk sneller dan het verschijnen van visuele symptomen van Phytophthora", zegt Wei. “Het monitoringsysteem zorgt er echter voor dat telers niet afhankelijk zijn van het detecteren van minieme visuele symptomen. Door continue monitoring kunnen telers plantenziekten zo snel mogelijk identificeren, waardoor ze de verspreiding van de ziekte kunnen beperken."

"Onze prototypes kunnen al 13 verschillende plant-VOC's met hoge nauwkeurigheid detecteren, waardoor gebruikers een aangepaste sensorarray kunnen ontwikkelen die zich richt op de stress en ziekten waarvan een teler denkt dat ze het meest relevant zijn", zegt Yong Zhu, hoogleraar mechanische en ruimtevaarttechniek en co -corresponderende auteur van het artikel.

"Het is ook belangrijk op te merken dat de materialen vrij goedkoop zijn", zegt Zhu. "Als de productie zou worden opgeschaald, denken we dat deze technologie betaalbaar zou zijn. We proberen een praktische oplossing te ontwikkelen voor een reëel probleem, en we weten dat de kosten een belangrijke overweging zijn.”

De onderzoekers werken momenteel aan de ontwikkeling van een patch van de volgende generatie die kan controleren op temperatuur, vochtigheid en andere omgevingsvariabelen, evenals VOC's. En terwijl de prototypes op batterijen werkten en de gegevens ter plaatse opsloegen, zijn de onderzoekers van plan om toekomstige versies op zonne-energie te laten werken en draadloze gegevensoverdracht mogelijk te maken.

Zheng Li, een voormalig postdoc bij NC State die nu assistent-professor is aan de Universiteit van Shenzhen, en Yuxuan Li, een PhD-student aan NC State, zijn co-eerste auteurs van het artikel, gepubliceerd in het tijdschrift Materie. Extra co-auteurs zijn van Stony Brook University en NC State.

Het werk kreeg steun van het Amerikaanse ministerie van landbouw, de National Science Foundation en NC State.

Bron: NC-staat

Over de auteur

Matt Shipman-NC-staat

boeken-tuinieren

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op Futurity