当工厂开始经历干旱条件时，新的传感器就会显露出来

时间：2021-07-18 08:52:07 来源：

艺术家对传感器的印象是由导电油墨和两个微柱组成的，该油墨印在气孔上。图像：贝茜·斯克里普（Betsy Skrip）

研究人员已经开发出可以印在植物叶子上的传感器，并显示植物何时处于干旱条件下。

忘记再给桌上的植物浇水了？它可能很快就能发出SOS。

麻省理工学院的工程师已经创建了可以印在植物叶子上的传感器，并可以显示植物何时出现缺水情况。麻省理工学院化学工程学教授Carbon P. Dubbs以及新研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺说，这种技术不仅可以节省被忽视的室内植物，而且更重要的是，可以在农作物处于危险之中时向农民发出预警。。

Strano说：“这似乎是我们农业应用中干旱的最早指标。”“很难以其他方式获取此信息。您可以将传感器放入土壤中，也可以进行卫星成像和制图，但您永远不知道特定植物在检测到的水势。”

Strano已经开始与一家大型农业生产商合作，开发用于农作物的传感器，他认为该技术对园丁和城市农民也可能有用。他说，这也可能有助于研究人员开发出新的方法来设计抗旱植物。

麻省理工学院的博士后Volodymyr Koman是该论文的主要作者，该论文发表在11月8日的《芯片实验室》杂志在线版上。

可打印的传感器

当土壤变干时，植物会减慢其生长速度，降低光合作用活性，并破坏其组织。有些植物开始枯萎，但另一些则没有明显的故障迹象，直到它们受到严重危害为止。

新型MIT传感器利用了植物的气孔-叶片表面的小孔可以使水蒸发。当水从叶中蒸发时，植物中的水压下降，从而使其通过称为蒸腾作用的过程从土壤中吸水。

植物生物学家知道，气孔会在光线下打开，在黑暗中关闭，但是这种打开和关闭的动力学尚未得到研究，因为还没有一种直接实时测量它们的好方法。

“人们已经知道气孔对光，二氧化碳浓度和干旱有反应，但是现在我们已经能够连续地对其进行监测了，”科曼说。“以前的方法无法产生这种信息。”

为了制造他们的传感器，麻省理工学院的研究人员使用了一种碳纳米管制成的墨水，碳纳米管是一种细小的导电碳空心管，它溶解在一种称为十二烷基硫酸钠的有机化合物中，不会破坏气孔。可以将这种墨水打印在整个孔上以形成电子电路。当孔被封闭时，电路是完整的，并且可以通过将电路连接到称为万用表的设备来测量电流。当孔打开时，电路断开，电流停止流动，使研究人员可以非常精确地测量单个孔打开或关闭的时间。

通过在正常和干燥条件下几天内测量这种打开和关闭的过程，研究人员发现他们可以在两天内检测到植物正处于水分胁迫状态。他们发现，暴露在光线下大约需要7分钟才能打开气孔，当黑暗降临时大约需要53分钟才能打开气孔，但是这些反应在干燥的条件下会发生变化。当植物缺水时，研究人员发现气孔平均需要25分钟才能打开，而气孔关闭所需的时间却只有45分钟。

“这项工作令人兴奋，因为它开辟了将电子直接印在植物生命上的可能性，以长期监测植物对诸如干旱等环境因素的生理反应，”美国大学机械工程学副教授Michael McAlpine说。没有参与这项研究的明尼苏达州。

剩下：叶片上印刷的导电电路示意图。将微流控芯片放置在叶片背面的顶部，并夹在两个支架之间。插图显示了印刷的微传感器的示意图，该传感器具有两个接触垫和一条穿过单个气孔的条纹。气孔打开时，导电条会断裂，从而增加传感器电阻。对：Spathiphyllum wallisii上的气孔布线图片。用印刷的墨水将铜带直接放在背面的叶子表面上，并将有线气孔连接到万用表。