【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】北卡羅來(lái)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(cè)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(guò)測(cè)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(cè)植物的壓力和疾病，"關(guān)于這項(xiàng)工作的一篇論文的共同通訊作者Qingshan Wei說(shuō)。Wei是北卡羅來(lái)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(cè)試植物壓力或疾病的方法包括采集植物組織樣本并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。然而，這只能給種植者提供一個(gè)測(cè)量結(jié)果，而且在種植者取樣和得到測(cè)試結(jié)果之間存在一個(gè)時(shí)間差。
植物在不同的情況下會(huì)排放不同的VOC組合。通過(guò)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(wèn)題。
"我們的技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)植物的VOC排放，而不傷害植物，"Wei說(shuō)。"我們展示的原型儲(chǔ)存了這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，但未來(lái)的版本將以無(wú)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(wèn)題--他們不必等待從實(shí)驗(yàn)室收到測(cè)試結(jié)果。"
這種矩形的貼片有30毫米長(zhǎng)，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(duì)特定的VOC的存在作出反應(yīng)，使該系統(tǒng)能夠檢測(cè)和測(cè)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(cè)試了該設(shè)備的一個(gè)原型。該原型被設(shè)置為監(jiān)測(cè)兩種類型的壓力：對(duì)植物的物理?yè)p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(shí)內(nèi)檢測(cè)到了與物理?yè)p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(cè)P. infestans的存在需要更長(zhǎng)時(shí)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(shuō)："這并不比晚疫病的視覺(jué)癥狀的出現(xiàn)明顯快。然而，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)意味著種植者不必依賴檢測(cè)微小的視覺(jué)癥狀。連續(xù)監(jiān)測(cè)將使種植者能夠盡快識(shí)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(cè)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(gè)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(lái)納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系杰出教授Zhu Yong說(shuō)。
Zhu說(shuō)："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(xiàng)技術(shù)將是負(fù)擔(dān)得起的。我們正試圖為一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題開發(fā)一個(gè)實(shí)用的解決方案，我們知道成本是一個(gè)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(cè)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(chǎng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但研究人員計(jì)劃未來(lái)的版本是由太陽(yáng)能供電并能進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
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