Исследователи из Университета штата Северная Каролина во главе с Чжэн Ли разработали патч, который растения их можно «носить» для постоянного мониторинга заболеваний или других нарушений, таких как повреждение урожая или сильная жара.
Зеленый датчик здоровья
Мы создали носимый датчик, который неинвазивным образом контролирует стресс и болезни растений, измеряя летучие органические соединения (ЛОС), выделяемые растениями.
Циншань Вэй, соавтор исследования. Доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Государственном университете Северной Каролины.
Современные методы тестирования на стресс или болезни сельскохозяйственных культур включают взятие образцов тканей растений и проведение лабораторных анализов.
Однако это дает производителям только одно измерение: временной интервал между отбором проб и результатами испытаний затрудняет их считывание.
Разные культуры, разные частоты
Сельскохозяйственные культуры выделяют разные комбинации ЛОС в разных условиях. Направляя нацеливание на ЛОС, относящиеся к конкретным болезням или стрессам растений, датчики могут предупреждать пользователей о конкретных проблемах.
«Наша технология постоянно контролирует выбросы ЛОС на заводе, не причиняя вреда заводу», — говорит Вэй. «Прототип, который мы продемонстрировали, хранит эти данные отслеживания, но будущие версии будут передавать данные по беспроводной сети. То, что мы разработали, позволяет производителям выявлять проблемы в поле – им не придется ждать результатов тестов из лаборатории».
Как делаются «зеленые» пластыри?
Прямоугольные патчи длиной 30 миллиметров изготовлены из гибкого материала, содержащего датчики на основе графена и гибкие серебряные нанопроволоки. Датчики покрыты различными химическими лигандами, которые реагируют на присутствие ЛОС, специфичных для разных культур.
Это позволяет системе обнаруживать и измерять ЛОС в газах, выделяемых листьями растений.
Исследователи протестировали прототип устройства на томатах. Прототип был настроен для мониторинга двух типов стресса: физическое повреждение растения и заражение P. infestans — возбудителем ложной мучнистой росы томатов.
Система обнаруживала изменения, связанные с физическим повреждением посевов, в течение одного-трех часов, в зависимости от того, насколько близко было повреждение к участку заделки.
Вещи улучшились и будут улучшены
Выявление присутствия P. infestans заняло больше времени. Технология не обнаруживала изменений в выбросах ЛОС до трех-четырех дней после того, как исследователи привили помидоры.
«Это не намного быстрее, чем появление визуальных симптомов заболевания ложной мучнистой росой», — говорит Вэй. «Однако система мониторинга урожая означает, что производителям не нужно полагаться на обнаружение минимальных визуальных симптомов. Непрерывный мониторинг позволит производителям как можно быстрее выявлять болезни растений, помогая им ограничить распространение болезни».
Прототипы зеленых участков уже способны с высокой точностью обнаруживать 13 различных летучих органических соединений такого же количества культур.
Протравленные посевы, обработанные посевы
Важно отметить, что материалы имеют довольно невысокую стоимость. Если производство увеличится, эта технология станет рентабельной. Практическое решение такой проблемы требует очень небольших затрат.
Следующий шаг для патчей, «сберегающих урожай»? В настоящее время исследователи работают над следующим поколением, которое сможет отслеживать температуру, влажность и другие переменные окружающей среды, помимо ЛОС. Как уже упоминалось, будущие версии будут работать на солнечной энергии и обеспечивать беспроводную передачу данных.
