Il cerotto indossabile monitora le piante per malattie e stress

La toppa del sensore si trova sulla foglia di una pianta plant

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo cerotto che le piante possono "indossare" per monitorare continuamente malattie o altri stress, come danni alle colture o calore estremo.

"Abbiamo creato un sensore indossabile che monitora lo stress e le malattie delle piante in modo non invasivo misurando i composti organici volatili (VOC) emessi dalle piante", afferma Qingshan Wei, assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la North Carolina State University e co -autore corrispondente di un articolo sull'opera.

Attuali metodi di test per stress delle piante o la malattia comportano il prelievo di campioni di tessuto vegetale e la conduzione di un'analisi in laboratorio. Tuttavia, questo fornisce ai coltivatori solo una misurazione e c'è un intervallo di tempo tra il momento in cui i coltivatori prelevano un campione e quando ottengono i risultati del test.

Le piante emettono diverse combinazioni di COV in circostanze diverse. Prendendo di mira i VOC rilevanti per malattie specifiche o stress delle piante, i sensori possono avvisare gli utenti di problemi specifici.

“I nostri monitor tecnologici Emissioni di COV dalla pianta continuamente, senza danneggiare la pianta", dice Wei. “Il prototipo che abbiamo dimostrato memorizza questi dati di monitoraggio, ma le versioni future trasmetteranno i dati in modalità wireless. Ciò che abbiamo sviluppato consente ai coltivatori di identificare i problemi sul campo: non dovrebbero aspettare per ricevere i risultati dei test da un laboratorio".

I cerotti rettangolari sono lunghi 30 millimetri (1.18 pollici) e sono costituiti da un materiale flessibile contenente sensori a base di grafene e nanofili d'argento flessibili. I sensori sono rivestiti con vari ligandi chimici che rispondono alla presenza di VOC specifici, consentendo al sistema di rilevare e misurare i VOC nei gas emessi dalle foglie della pianta.

I ricercatori hanno testato un prototipo del dispositivo su piante di pomodoro. Il prototipo è stato impostato per monitorare due tipi di stress: danno fisico alla pianta e infezione da P. infestans, l'agente patogeno che causa tardi malattia batterica nei pomodori. Il sistema ha rilevato i cambiamenti VOC associati al danno fisico entro una o tre ore, a seconda di quanto il danno fosse vicino al sito del cerotto.

Rilevare la presenza di P. infestans ha impiegato più tempo. La tecnologia non ha rilevato cambiamenti nelle emissioni di COV fino a tre o quattro giorni dopo che i ricercatori hanno inoculato le piante di pomodoro.

"Questo non è molto più veloce della comparsa dei sintomi visivi della malattia da peronospora", afferma Wei. “Tuttavia, il sistema di monitoraggio significa che i coltivatori non devono fare affidamento sulla rilevazione di minimi sintomi visivi. Il monitoraggio continuo consentirebbe ai coltivatori di identificare le malattie delle piante il più rapidamente possibile, aiutandoli a limitare la diffusione della malattia".

"I nostri prototipi possono già rilevare 13 diversi COV delle piante con elevata precisione, consentendo agli utenti di sviluppare un array di sensori personalizzato che si concentra sugli stress e sulle malattie che un coltivatore ritiene più rilevanti", afferma Yong Zhu, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e co -autore corrispondente dell'articolo.


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"È anche importante notare che i materiali hanno un costo piuttosto basso", afferma Zhu. “Se la produzione fosse aumentata, pensiamo che questa tecnologia sarebbe conveniente. Stiamo cercando di sviluppare una soluzione pratica a un problema del mondo reale e sappiamo che il costo è una considerazione importante".

I ricercatori stanno attualmente lavorando per sviluppare un cerotto di nuova generazione in grado di monitorare la temperatura, l'umidità e altre variabili ambientali, nonché i COV. E mentre i prototipi erano alimentati a batteria e archiviavano i dati in loco, i ricercatori prevedono che le versioni future siano alimentate a energia solare e in grado di trasferire dati wireless.

Zheng Li, un ex postdoc presso NC State che ora è assistente professore all'Università di Shenzhen, e Yuxuan Li, uno studente di dottorato presso NC State, sono i primi autori del documento, pubblicato sulla rivista Importanza. Altri coautori provengono dalla Stony Brook University e dalla NC State.

Il lavoro ha ricevuto il sostegno del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, della National Science Foundation e dello Stato NC.

Fonte: Stato NC

Circa l'autore

Matt Shipman-Stato NC

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Questo articolo è apparso originariamente su Futurity

 

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