可打印的傳感器能監(jiān)測植物缺水狀況

又忘了給你桌上的植物澆水嗎？它可能很快就能發(fā)出求救信號。據(jù)麥姆斯咨詢報道，麻省理工學(xué)院的工程師們發(fā)明了可以打印在植物葉子上的傳感器，一旦植物處于缺水狀態(tài)時，傳感器就會有提示信息。麻省理工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院的教授同時也是是該項技術(shù)的發(fā)明者Michael Strano介紹這種技術(shù)不僅可以救活被忽視的室內(nèi)盆栽植物，更重要的應(yīng)用是當農(nóng)作物處于危險狀態(tài)時發(fā)出預(yù)警?！霸谵r(nóng)業(yè)領(lǐng)域，能對干旱發(fā)出最早的指示，”Strano說，“很難用其他方式得到這些信息。

你可以把傳感器埋進土壤里，或通過做衛(wèi)星成像和繪圖，但是你永遠也不能得到具體某棵植物的水分狀態(tài)?！盨trano已經(jīng)開始與大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)商合作，將這類傳感器用于農(nóng)作物。他認為，這項技術(shù)也可以被園丁和城市化農(nóng)民所用。他認為，這可能也有助于研究人員開發(fā)新的方法來培育抗旱植物。麻省理工大學(xué)博士后Volodymyr Koman，也是該論文的主要作者。該論文于11月8日在期刊《芯片實驗室》（Lab on a Chip）的網(wǎng)站上發(fā)表。

麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師發(fā)明了可以檢測植物氣孔開閉的傳感器（來源：麻省理工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院）可打印的傳感器當土壤變干時，植物生長速度減慢，光合活性降低，對組織產(chǎn)生損害。有些植物開始枯萎，但有些植物在遭受重大損害之前并不顯露任何跡象。麻省理工學(xué)院發(fā)明的傳感器利用了植物的氣孔——葉子的水分通過其表面的小氣孔蒸發(fā)。當水分從葉子中蒸發(fā)時，植物中的水壓降低，從而通過叫做蒸騰作用的過程從土壤中汲取水分。

植物生物學(xué)家雖然知道氣孔在陽光下開放并在黑暗中關(guān)閉，但對這種開合的動力學(xué)研究很少，因為目前還沒有實時的直接測量氣孔的好方法?！皻饪讓?、二氧化碳濃度、水分的反應(yīng)機理已經(jīng)為人類所知，現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠連續(xù)監(jiān)視這種反應(yīng)，”Koman說，“而以前的方法無法得到這種信息?！睘榱酥圃爝@種傳感器，麻省理工學(xué)院的研究人員使用了一種由碳納米管制成的墨水，這種微小的空心碳管能導(dǎo)電，再溶解在一種被稱為“十二烷基硫酸鈉”的有機化合物中，并不會破壞氣孔。這種墨水可以印刷在氣孔上形成電路。當氣孔閉合時，電路連通，電流可以通過將電路連接到萬用表進行測量。當氣孔開放時，電路斷開，電流無法通過。這就允許了研究人員精確測量某個單孔是開放還是閉合的。

經(jīng)過幾天的測量，研究人員發(fā)現(xiàn)，在正常和干燥的條件下，需要兩天時間才能發(fā)現(xiàn)植物的水分出現(xiàn)異常。他們發(fā)現(xiàn)，有光照后氣孔大約需7分鐘才會開放，當黑暗降臨時，要經(jīng)歷53分鐘才能關(guān)閉，但這些反應(yīng)在干燥的條件下會發(fā)生變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，當植物水分缺失時氣孔開放的平均時間為25分鐘，而氣孔關(guān)閉的時間減少到45分鐘。明尼蘇達大學(xué)機械工程系副教授Michael McAlpine雖然沒有參與這項研究，但他認為“這項工作是令人興奮的。因為這提供了直接印刷電子器件在植物，并長期監(jiān)測植物對環(huán)境因素（如干旱）產(chǎn)生的生理反應(yīng)的可能性?！?br />
干旱預(yù)警在這項研究中，研究人員在一種叫做“和平百合”的植物上對傳感器進行了。之所以選擇和平百合，是因為它的氣孔大。為了將墨水打印到葉子上，研究人員發(fā)明了一種帶有微流體通道的印刷模具。當模具被放置在葉子上時，流過通道的墨水被沉積在葉子表面。

麻省理工學(xué)院的研究小組正致力于一種新方法，只需簡單地在樹葉表面貼上一張“貼紙”來實現(xiàn)電子電路。研究人員建議，除了大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者之外，園丁和城市化農(nóng)民應(yīng)該對這種設(shè)備也有興趣?！斑@對農(nóng)業(yè)來講意義重大。特別是隨著氣候的變化，將出現(xiàn)水資源短缺和環(huán)境溫度變化的地區(qū)。”Koman說。在工作中，Strano的實驗室正在探索創(chuàng)造傳感器陣列的可能性，這可以用來探測光線，并如相機一般地捕捉圖像。這項研究由美國能源部、瑞士國家科學(xué)基金會、新加坡科技研究局資助。