Inteligentný senzor pichá do listov plodín a informuje o ich strese
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 27. 3. 2025
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Čím skôr sa poľnohospodári dozvedia, že ich plodiny trpia, tým rýchlejšie môžu prijať opatrenia na zachránenie úrody. Čoskoro by im v tom mohol pomôcť nový inteligentný senzor, ktorý sa zapichne do listov plodín, a ktorý potom pošle upozornenie hneď, ako sa rastlina dostane do stresu.
Rastliny všetkých typov neustále produkujú peroxid vodíka (H2O2) ako súčasť prirodzených procesov, ako je fotosyntéza a dýchanie. Vyššie množstvo tejto chemickej látky však produkujú, keď sú vystavené stresu, ako prostriedok na vysielanie signálov medzi bunkami s cieľom aktivovať ich obranné mechanizmy. Medzi stresové faktory spôsobujúce túto reakciu môže patriť sucho, poškodenie škodcami a infekcie.
Hoci existujú metódy na zisťovanie zvýšených hladín H2O2 v rastlinách, väčšina z nich zahŕňa odstránenie listu, jeho odnesenie do laboratória a následné podrobenie niekoľkostupňovej analýze. Existujú aj optické prístroje, ktoré merajú koncentráciu H2O2 na základe toho, ako rastlina fluoreskuje, ale môžu byť ovplyvnené obsahom chlorofylu v rastline.
Preto prichádza na rad nový inteligentný senzor. Vyvinul ho profesor Liang Dong a jeho kolegovia zo Štátnej univerzity v Iowe. Senzor má podobu plochej, flexibilnej polymérovej náplasti so sústavou drobných zlatom potiahnutých „mikroihličiek“ pozdĺž jej spodnej strany.
Táto strana je navyše potiahnutá hydrogélom, ktorý sa skladá najmä z biologického materiálu známeho ako chitosan. Hydrogél obsahuje aj enzým, ktorý reaguje s peroxidom vodíka a produkuje elektróny. Tretia zložka hydrogélu, oxid grafénový, spôsobuje, že elektróny prúdia medzi elektródami v senzore a vytvárajú elektrický prúd.
Keď sa senzorické zariadenie pritlačí na list plodiny, mikroihly neškodne prepichnú úplne vrchnú vrstvu tkaniva a dostanú sa do kontaktu s miazgou, ktorá sa v ňom nachádza. Čím väčšie množstvo peroxidu vodíka je v tejto tekutine prítomné, tým väčší počet elektrónov sa vytvorí, a tým silnejší je nameraný elektrický signál.
Ak je tento signál dostatočne silný na to, aby signalizoval, že nastali problémy, pevne pripojená batéria / elektronický modul odošle upozornenie do mobilného zariadenia poľnohospodára prostredníctvom pripojenia Bluetooth alebo do jeho domáceho počítača prostredníctvom Wi-Fi či existujúcich bezdrôtových sietí.
Pri testoch vykonaných na rastlinách sóje a tabaku dokázal senzor rozlíšiť zdravé rastliny od tých, ktoré boli nedávno napadnuté bakteriálnym patogénom Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000. Navyše, hladiny H2O2 indikované zariadením sa zhodovali s hladinami nameranými tradičnou chemickou analýzou.
„Senzor sa dá použiť rôznymi spôsobmi,“ hovorí Dong. „Jeden z nich spočíva v tom, že poľnohospodár priloží senzor na list rastliny, aby sa jednorazovo a na mieste odčítali údaje z viacerých rastlín. Ďalším prístupom je pripevnenie senzora na niekoľko kontrolných rastlín na nepretržité monitorovanie počas niekoľkých dní alebo týždňov. Súčasná verzia senzora umožňuje viacnásobné vloženie do listov rastlín a budú sa vykonávať ďalšie vylepšenia, aby sa rozšírila jeho opakovaná použiteľnosť.“
Článok o tejto štúdii bol nedávno uverejnený v magazíne ACS Sensors.
