연구원들은 작물 손상이나 극심한 더위와 같은 질병이나 기타 스트레스를 지속적으로 모니터링하기 위해 식물이“착용”할 수있는 새로운 패치를 개발했습니다.
"우리는 식물에서 방출되는 휘발성 유기 화합물(VOC)을 측정하여 비침습적 방식으로 식물 스트레스와 질병을 모니터링하는 웨어러블 센서를 만들었습니다."라고 North Carolina State University의 화학 및 생체 분자 공학 조교수인 Qingshan Wei가 말했습니다. - 해당 작업에 대한 논문의 교신저자.
현재 테스트 방법 식물 스트레스 또는 질병은 식물 조직 샘플을 채취하고 실험실에서 분석을 수행하는 것을 포함합니다. 그러나 이것은 재배자에게 한 번의 측정만 제공하며 재배자가 샘플을 채취한 후 테스트 결과를 얻을 때까지 시간 지연이 있습니다.
식물은 다양한 환경에서 다양한 VOC 조합을 방출합니다. 센서는 특정 질병이나 식물 스트레스와 관련된 VOC를 대상으로 하여 사용자에게 특정 문제를 경고할 수 있습니다.
“우리의 기술 모니터는 VOC 배출 식물에 해를 끼치지 않고 지속적으로 식물에서 나옵니다.”라고 Wei는 말합니다. “우리가 시연한 프로토타입은 이 모니터링 데이터를 저장하지만 향후 버전에서는 데이터를 무선으로 전송할 것입니다. 우리가 개발한 것을 통해 재배자들은 현장에서 문제를 식별할 수 있습니다. 실험실에서 테스트 결과를 받기 위해 기다릴 필요가 없습니다.”
직사각형 패치는 길이가 30밀리미터(1.18인치)이며 그래핀 기반 센서와 유연한 은 나노와이어를 포함하는 유연한 재료로 구성됩니다. 센서는 특정 VOC의 존재에 반응하는 다양한 화학적 리간드로 코팅되어 있어 시스템이 식물의 잎에서 방출하는 가스에서 VOC를 감지하고 측정할 수 있습니다.
연구원들은 토마토 식물에서 장치의 프로토타입을 테스트했습니다. 프로토타입은 두 가지 유형의 스트레스를 모니터링하도록 설정되었습니다: 식물에 대한 물리적 손상 및 감염 P. 인페 스탄 스, 늦게 유발하는 병원체 마름병 토마토에. 시스템은 손상이 패치 사이트와 얼마나 가까운지에 따라 XNUMX~XNUMX시간 이내에 물리적 손상과 관련된 VOC 변화를 감지했습니다.
존재 감지 P. 인페 스탄 스 더 오래 걸렸다. 이 기술은 연구원들이 토마토 식물에 접종한 지 XNUMX~XNUMX일이 지나야 VOC 배출량의 변화를 포착했습니다.
Wei는 "이것은 역병의 시각적 증상의 출현보다 현저히 빠르지 않습니다."라고 말합니다. “그러나 모니터링 시스템은 재배자가 미세한 시각적 증상을 감지하는 데 의존할 필요가 없다는 것을 의미합니다. 지속적인 모니터링을 통해 재배자는 가능한 한 빨리 식물 질병을 식별하여 질병의 확산을 제한할 수 있습니다.”
기계 및 항공 우주 공학 및 공동 교수인 Yong Zhu는 "우리의 프로토타입은 이미 13가지 다른 식물 VOC를 높은 정확도로 감지할 수 있어 사용자가 재배자가 가장 관련이 있다고 생각하는 스트레스와 질병에 초점을 맞춘 맞춤형 센서 어레이를 개발할 수 있습니다."라고 말했습니다. - 논문의 교신저자.
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Zhu는 “재료 비용이 상당히 낮다는 점도 중요합니다. “만약 제조 규모가 확대된다면 이 기술이 저렴할 것이라고 생각합니다. 우리는 실제 문제에 대한 실용적인 솔루션을 개발하려고 노력하고 있으며 비용이 중요한 고려 사항이라는 것을 알고 있습니다.”
연구원들은 현재 온도, 습도 및 기타 환경 변수와 VOC를 모니터링할 수 있는 차세대 패치를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 그리고 프로토타입이 배터리로 구동되고 데이터를 현장에 저장하는 동안 연구원들은 미래 버전이 태양열로 구동되고 무선 데이터 전송이 가능한 버전을 계획하고 있습니다.
NC State에서 박사 후 연구원으로 근무했으며 현재 Shenzhen University에서 조교수로 재직 중인 Zheng Li와 NC State에서 박사 과정 학생인 Yuxuan Li는 저널에 게재된 논문의 공동 제XNUMX저자입니다. 문제. 추가 공동 저자는 Stony Brook University와 NC State 출신입니다.
이 작업은 미국 농무부, 국립 과학 재단 및 NC 주의 지원을 받았습니다.
출처: 노스 캐롤라이나 주
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