新型可穿戴微針感測器可在一分鐘內識別植物壓力
更新于:2025-03-26 00:51:36

美國化學學會為植物發明瞭一種可穿戴的貼片,可以在一分鐘內感知壓力。

美國化學學會開發了一種創新的植物檢測器,可以幫助農民和家庭園丁及早發現他們的植物何時受到脅迫。

ACS的研究人員致力於通過化學的轉化力量來改善所有人的生活。這一次,他們把注意力轉向了植物生命,因為有效地監測作物可以對農民的產量產生巨大而積極的影響。但即使對家庭種植者來說,當他們的植物受到壓力時,感知可能意味著延長它們的壽命。

就像人類一樣,環境條件會給植物帶來相當大的壓力和疾病,所以預防性護理是必不可少的。據ACS感測器報導,根據最近的新聞稿,研究人員為植物創造了一種可穿戴的貼片,可以快速感知壓力並將其傳達給種植者或擁有者。

電化學感測器將微小的尖刺附著在植物的葉子上,並監測過氧化氫,這是一種引發葉子變色和枯萎的應激反應。植物內部的細胞利用這種化合物相互溝通,擴散它們的防禦機制。因此,早期檢測可能會改變植物和作物護理的遊戲規則,即使在困難的條件下也能最大限度地提高作物產量。

這一聰明的創新對目前檢測過氧化氫的方法進行了急需的簡化。這些方法涉及一系列複雜的步驟,包括去除植物部分和使用外部探測器觀察螢光變化,這被證明是一種效率低下的方法。

開發人員梁東(音譯)和他的同事說,這種生物水凝膠驅動的微針感測器可以“在一分鐘內實現直接測量,每次測試不到一美元”。

説明植物解決所有生命的頭號致病原因:壓力

新聞稿解釋說,與女性用於皮膚的微針滾輪類似,ACS的研究人員用許多微針在柔性底座上製造了這種可穿戴設備。他們在表面塗上一層殼聚糖水凝膠,這是一種來自貝類外骨骼的糖。

該配方含有一種酶,可以與過氧化氫反應產生電子,同時還原可用於電子設備和生物感測器的氧化石墨烯。通俗地說,它可以檢測到過氧化氫(一種活性氧)水準的微小變化,從而檢測到電流的可測量差異。

這個貼片的設計考慮到了表面,因為它可以方便地附著在樹葉的背面。

研究人員在兩種植物上測試了這種貼片:大豆和煙草。他們對健康受試者與感染細菌的樣本進行交叉檢驗,從而誘導應激反應。在這兩種類型中,受壓力的葉子都比健康的葉子產生更多的電流,這證實了存在更多的過氧化氫。

更好的作物監測=更好的產量

新聞稿稱,在大約一分鐘內,“與之前報導的活體植物針狀感測器相比,這些貼片測量到的葉片中的過氧化氫含量要低得多。”貼片可以使用9次,直到針失去鋒利。

這種新策略為種植者提供了資訊,幫助他們決定自己的作物。研究人員在新聞稿中總結說:“這一突破將大大簡化分析,使農民能夠使用我們的貼片感測器實時監測作物病害。”他們對推動植物治療專案表示興奮。“我們的下一步是改進這項技術,提高其可重用性。”

該論文發表在ACS感測器雜誌上。