ウェアラブル植物センサー: NCSU のエンジニアは、病気やその他のストレス要因を監視するパッチを設計します。

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ローリー – ノースカロライナ州立大学の研究者らは、植物が「着用」して植物の病気や、作物の被害や極度の暑さなどのストレスを継続的に監視できるパッチを開発した。

「私たちは、植物から放出される揮発性有機化合物 (VOC) を測定することにより、植物のストレスと病気を非侵襲的な方法で監視するウェアラブル センサーを作成しました。」と彼は言います。 青山魏、この作品に関する論文の共同連絡著者。 Wei は、ノースカロライナ州立大学の化学および生体分子工学の助教授です。

植物のストレスや病気を検査する現在の方法には、植物の組織サンプルを採取し、研究室でアッセイを実施することが含まれます。ただし、これでは生産者は 1 回の測定しか行えず、生産者がサンプルを採取してから検査結果が得られるまでにはタイムラグが生じます。

植物は、さまざまな状況下でさまざまな組み合わせの VOC を放出します。特定の病気や植物のストレスに関連する VOC をターゲットにすることで、センサーはユーザーに特定の問題を警告できます。

「私たちの技術は、植物に害を与えることなく、植物からの VOC 排出を継続的に監視します」と Wei 氏は言います。 「私たちがデモしたプロトタイプはこの監視データを保存しますが、将来のバージョンではデータがワイヤレスで送信される予定です。私たちが開発したものにより、生産者は現場で問題を特定できるようになり、研究所からのテスト結果を待つ必要がなくなります。」

長方形のパッチは長さ 30 ミリメートルで、グラフェンベースのセンサーと柔軟な銀ナノワイヤを含む柔軟な素材で構成されています。センサーは特定の VOC の存在に反応するさまざまな化学リガンドでコーティングされており、システムが植物の葉から放出されるガス中の VOC を検出および測定できるようになります。

研究者らはトマトの植物でこの装置のプロトタイプをテストした。このプロトタイプは、植物への物理的損傷と細菌による感染という 2 種類のストレスを監視するように設定されました。 P.インフェスタンス、トマトの疫病を引き起こす病原体。システムは、損傷がパッチの部位にどれだけ近かったかに応じて、物理的損傷に関連する VOC の変化を 1 ～ 3 時間以内に検出しました。

の存在を検出する P.インフェスタンス もっと時間がかかりました。この技術は、研究者がトマト植物に接種してから 3 ～ 4 日後まで VOC 排出量の変化を検出しませんでした。

「これは、疫病の視覚的症状の出現よりも顕著に早いというわけではありません」とウェイ氏は言う。 「しかし、監視システムのおかげで、生産者は微細な視覚的症状の検出に頼る必要がなくなりました。継続的なモニタリングにより、栽培者は植物の病気をできるだけ早く特定できるようになり、病気の蔓延を抑えることができます。」

「当社のプロトタイプはすでに 13 種類の植物 VOC を高精度で検出できるため、ユーザーは生産者が最も関連性があると考えるストレスや病気に焦点を当てたカスタマイズされたセンサー アレイを開発できるようになります」と論文の共同執筆者である Yong Zhu 氏は述べています。アンドリュー A. アダムス ノースカロライナ州立大学機械航空宇宙工学特別教授。

「材料がかなり低コストであることにも注意することが重要です」と Zhu 氏は言います。 「製造が大規模化されれば、この技術は手頃な価格になると考えています。私たちは現実世界の問題に対する実用的な解決策を開発しようとしていますが、コストが重要な考慮事項であることは承知しています。」

研究者らは現在、温度、湿度、その他の環境変数やVOCを監視できる次世代パッチの開発に取り組んでいます。また、プロトタイプはバッテリー駆動でデータを現場に保存していましたが、研究者らは将来のバージョンでは太陽光発電を搭載し、無線データ転送ができるようにすることを計画しています。

紙、 "ウェアラブルセンサーによる葉揮発性物質の化学抵抗プロファイリングによる植物ストレスのリアルタイムモニタリング』が雑誌に掲載されました 案件。この論文の共同筆頭著者は、ノースカロライナ州立大学の元ポスドクで現在は深セン大学の助教授である Zheng Li 氏と、深セン大学博士課程の Yuxuan Li 氏です。ノースカロライナ州立大学の学生。この論文は、ノースカロライナ州立植物病理学のウィリアム・ニール・レイノルズ特別教授、ジーン・リステイノの共著者である。オインドリラ・ホサイン、ラジェシュ・ポール、シュアン・ウーは博士号を取得しています。ノースカロライナ州立大学の学生。シャンシャン・ヤオ氏はノースカロライナ州立大学の元博士研究員で、現在はストーニーブルック大学の助教授を務めている。

この研究は、ノースカロライナ州首相のファカルティ エクセレンス プログラムの支援を受けて行われました。ケナン工学技術科学研究所。ノースカロライナ州の植物科学イニシアチブに対する革新的研究奨励プログラム (GRIP4PSI)。米国農務省からノースカロライナ州人間健康環境センターパイロットプロジェクト賞、番号 2019-67030-29311。 USDA APHIS Farm Bill 助成金番号 3.0096;および国立科学財団 (助成金 1728370)

(C)NCSU

元の記事の出典: WRAL TechWire