웨어러블 식물 센서: NCSU 엔지니어는 질병 및 기타 스트레스 요인을 모니터링하기 위한 패치를 설계합니다.

롤리 - 노스 캐롤라이나 주립 대학의 연구원들은 식물 질병이나 작물 손상이나 극심한 열과 같은 기타 스트레스를 지속적으로 모니터링하기 위해 식물이 "착용"할 수 있는 패치를 개발했습니다.

"우리는 식물에서 방출되는 휘발성 유기 화합물(VOC)을 측정하여 비침습적 방식으로 식물 스트레스와 질병을 모니터링하는 웨어러블 센서를 만들었습니다."라고 말합니다. 칭샨 웨이, 해당 작품에 관한 논문의 공동 교신저자. Wei는 NC State의 화학 및 생체분자 공학 조교수입니다.

식물 스트레스나 질병을 테스트하는 현재 방법에는 식물 조직 샘플을 채취하고 실험실에서 분석을 수행하는 것이 포함됩니다. 그러나 이는 재배자에게 한 번의 측정만을 제공하며 재배자가 샘플을 채취한 시점과 테스트 결과를 얻는 시점 사이에 시간 지연이 있습니다.

식물은 다양한 환경에서 다양한 조합의 VOC를 방출합니다. 특정 질병이나 식물 스트레스와 관련된 VOC를 표적으로 삼아 센서는 사용자에게 특정 문제를 경고할 수 있습니다.

“우리 기술은 공장에 해를 끼치지 않고 공장에서 나오는 VOC 배출을 지속적으로 모니터링합니다.”라고 Wei는 말합니다. “우리가 시연한 프로토타입은 이러한 모니터링 데이터를 저장하지만 향후 버전에서는 데이터를 무선으로 전송할 것입니다. 우리가 개발한 기술을 통해 재배자는 현장에서 문제를 식별할 수 있습니다. 실험실에서 테스트 결과를 받을 때까지 기다릴 필요가 없습니다.”

직사각형 패치는 길이가 30mm이고 그래핀 기반 센서와 유연한 은 나노와이어를 포함하는 유연한 소재로 구성됩니다. 센서는 특정 VOC의 존재에 반응하는 다양한 화학적 리간드로 코팅되어 있어 시스템이 식물 잎에서 방출되는 가스에 포함된 VOC를 감지하고 측정할 수 있습니다.

연구원들은 토마토 식물에서 장치의 프로토타입을 테스트했습니다. 프로토타입은 두 가지 유형의 스트레스, 즉 식물의 물리적 손상과 감염에 대한 모니터링을 위해 설정되었습니다. P. 인페스탄스, 토마토 역병을 일으키는 병원체. 시스템은 손상이 패치 부위와 얼마나 가까운지에 따라 1~3시간 이내에 물리적 손상과 관련된 VOC 변화를 감지했습니다.

존재 감지 P. 인페스탄스 더 오래 걸렸습니다. 이 기술은 연구자들이 토마토 식물에 접종한 후 3~4일이 될 때까지 VOC 배출량의 변화를 포착하지 못했습니다.

“이것은 역병의 시각적 증상이 나타나는 것보다 현저히 빠르지는 않습니다.”라고 Wei는 말합니다. “그러나 모니터링 시스템은 재배자가 미세한 시각적 증상을 감지하는 데 의존할 필요가 없음을 의미합니다. 지속적인 모니터링을 통해 재배자는 식물 질병을 가능한 한 빨리 식별하여 질병의 확산을 제한하는 데 도움이 됩니다."

"우리의 프로토타입은 이미 높은 정확도로 13가지 식물 VOC를 감지할 수 있으므로 사용자는 재배자가 가장 관련성이 있다고 생각하는 스트레스와 질병에 초점을 맞춘 맞춤형 센서 어레이를 개발할 수 있습니다."라고 논문의 공동 교신저자인 Yong Zhu는 말했습니다. Andrew A. Adams NC 주립대학교 기계항공우주공학 석좌교수.

Zhu는 “재료 비용이 상당히 저렴하다는 점도 중요합니다.”라고 말했습니다. “제조 규모가 확대된다면 이 기술이 저렴할 것이라고 생각합니다. 우리는 실제 문제에 대한 실용적인 솔루션을 개발하려고 노력하고 있으며 비용이 중요한 고려 사항이라는 것을 알고 있습니다.”

연구진은 현재 VOC는 물론 온도, 습도, 기타 환경 변수를 모니터링할 수 있는 차세대 패치를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 그리고 프로토타입은 배터리로 구동되고 데이터를 현장에 저장했지만, 연구원들은 미래 버전이 태양열로 구동되고 무선 데이터 전송이 가능하도록 계획하고 있습니다.

종이, "웨어러블 센서를 통한 잎 휘발성 물질의 화학적 프로파일링을 통한 식물 스트레스의 실시간 모니터링,”가 저널에 게재되었습니다. 문제. 이 논문의 공동 제1저자는 NC State의 박사후 연구원이었고 현재 Shenzhen University의 조교수인 Zheng Li와 Ph.D.인 Yuxuan Li입니다. NC 주립대 학생입니다. 이 논문은 NC 주립 식물 병리학의 William Neal Reynolds 특훈 교수인 Jean Ristaino가 공동 집필했습니다. Ph.D.인 Oindrila Hossain, Rajesh Paul 및 Shuang Wu. NC 주립대 학생; 그리고 NC State의 전 박사후 연구원이자 현재 Stony Brook University의 조교수인 Shanshan Yao가 있습니다.

이 작업은 NC 주 교육감 교수진 우수 프로그램의 지원으로 수행되었습니다. 케난 엔지니어링 기술 및 과학 연구소; NC 주의 식물 과학 이니셔티브를 위한 판도를 바꾸는 연구 인센티브 프로그램(GRIP4PSI); 미국 농무부의 NC 주 인간 건강 및 환경 파일럿 프로젝트 상 센터, 번호 2019-67030-29311; USDA APHIS 농업 법안 보조금 번호 3.0096; 국립과학재단(National Science Foundation), 보조금 1728370.

(다) NCSU

원본 기사 출처: WRAL TechWire