美國科學家研發出可以持續監測植物病害的貼片感測器
2021/12/29 @國際
摘要
當前測試植物面臨環境壓力和疾病的方法，相當耗時且不準確。美國北卡羅來納州立大學的研究人員開發出了一種可讓植物「佩戴」的感測器貼片，能持續監控植物病害及其他外部壓力，協助種植者即時分辨別作物病害，進而防堵疾病傳播。
示意圖
傳統上測試植物是否遭遇環境壓力和疾病的方法，皆是透過採集植物組織的樣本並運送至實驗室進行詳盡分析來完成。然而，這種方式從取樣、運送至檢驗完成之間存在著冗長的時間差，可能造成結果不準確，而且往往只能得到單一量測數據。
來自美國北卡羅來納州立大學 (North Carolina State University，NCSU)的研究團隊開發了一種植物用的穿戴式感測器，以非入侵性的方式量測植物所釋放出的揮發性有機化合物 (Volatile Organic Compounds，VOC)，能持續監測植物所面臨的壓力和疾病，所開發的矩形貼片感測器長約30毫米，內含的可撓性材料(flexible material)是由石墨烯感測器及可變形的奈米銀線所組成，感測器上有各種化學配體(ligands)塗層，能針對植物葉片排放出的特定VOC進行檢測。植物在不同情況下會排放不同組合的VOC，感測器能針對特定疾病或環境壓力相關的VOC進行偵測，即時提醒種植者注意相關問題，而不必等待實驗室的測試結果。科學家利用番茄來測試貼片原型，檢測作物遭受物理損害及引起番茄晚疫病的P. infestans病原菌感染兩種不同類型的壓力來源。【延伸閱讀】可攜式拉曼葉夾感測器快速檢測活體植物之營養與壓力狀態
實驗結果顯示，植物的貼片感測器在檢測到與物理損壞相關的VOC變化需耗費一至三個小時，花費時間的長短具體取決於植物損壞處與補丁感測器之間的距離，而番茄晚疫病的監測則需要耗費更長的時間，感測貼片在研究人員接種P. infestans於番茄植株後上，花費了三到四天才量測到VOC的變化，研究人員表示，雖然這並不比觀察晚疫病病徵出現還要來得快，但監測系統的使用意味著種植者不必再依賴微小病徵的觀察，即可辨識植物病害，協助種植者抑制疾病傳播。
研究人員表示，貼片感測器的原型目前已經能精準檢測13種不同的植物VOC，並且能針對於種植者需求進行感測器陣列的客製。目前正著手開發新一代的植物感測貼片，現有的原型機是由電池供電並可以於現場進行數據儲存，但新的版本將預計使用太陽能進行供電並且能夠進行無線數據傳輸，還將增加除VOC外的溫度、濕度以及其他環境變量的監測功能。
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