Konstnärens intryck av sensorn består av ledande bläck tryckt över en stomi med två mikropilar. Kredit:Betsy Skrip
Glömde du att vattna den växten på ditt skrivbord igen? Den kan snart kunna skicka ut en SOS.
MIT -ingenjörer har skapat sensorer som kan skrivas ut på växtblad och avslöja när växterna upplever en vattenbrist. Denna typ av teknik kan inte bara rädda försummade krukväxter utan, mer viktigt, ge bönderna en tidig varning när deras grödor är i fara, säger Michael Strano, Carbon P. Dubbs professor i kemiteknik vid MIT och seniorförfattare till den nya studien.
"Detta verkar vara den tidigaste indikatorn på torka som vi har för jordbruksapplikationer, "Säger Strano." Det är svårt att få denna information på något annat sätt. Du kan sätta sensorer i jorden, eller så kan du göra satellitbilder och kartläggning, men du vet aldrig riktigt vad en viss växt upptäcker som vattenpotentialen. "
Strano har redan börjat samarbeta med en stor jordbruksproducent för att utveckla dessa sensorer för användning på grödor, och han tror att tekniken också kan vara användbar för trädgårdsmästare och stadsbönder. Det kan också hjälpa forskare att utveckla nya sätt att konstruera torktåliga växter, han säger.
Volodymyr Koman, en MIT postdoc, är huvudförfattare till tidningen, som visas i tidningen 8 november online -tidningen Lab on a Chip .
Utskrivbara sensorer
När jorden torkar ut, växter saktar ner sin tillväxt, minska fotosyntetisk aktivitet, och drabbas av vävnader. Vissa växter börjar vissna, men andra visar inga synliga tecken på problem förrän de redan har upplevt betydande skada.
Den nya MIT -sensorn drar nytta av växternas stomata - små porer i bladets yta som gör att vatten kan avdunsta. När vatten förångas från bladet, vattentrycket i anläggningen sjunker, så att den kan suga upp vatten från jorden genom en process som kallas transpiration.
MIT -kemitekniker har utvecklat en sensor som upptäcker öppning och stängning av växtstomat. Kredit:Volodymyr Koman/MIT Chemical Engineering
Växtbiologer vet att stomata öppnas när de utsätts för ljus och stängs i mörker, men dynamiken i denna öppning och stängning har litet studerats eftersom det inte har varit ett bra sätt att direkt mäta dem i realtid.
"Folk visste redan att stomata svarar på ljus, till koldioxidkoncentrationen, till torka, men nu har vi kunnat övervaka det kontinuerligt, "Säger Koman." Tidigare metoder kunde inte ta fram den här typen av information. "
För att skapa sin sensor, MIT -forskarna använde ett bläck av kolnanorör - små ihåliga kolrör som leder elektricitet - löst i en organisk förening som kallas natriumdodecylsulfat, som inte skadar munnen. Detta bläck kan skrivas ut över en por för att skapa en elektronisk krets. När poren är stängd, kretsen är intakt och strömmen kan mätas genom att ansluta kretsen till en enhet som kallas en multimeter. När poren öppnas, kretsen bryts och strömmen slutar flöda, låta forskarna mäta, mycket exakt, när en enda por är öppen eller stängd.
Genom att mäta denna öppning och stängning under några dagar, under normala och torra förhållanden, forskarna fann att de kan upptäcka, inom två dagar, när en växt upplever vattenspänning. De fann att det tar stomata cirka sju minuter att öppna efter ljusexponering och 53 minuter att stänga när mörkret faller, men dessa svar ändras under torra förhållanden. När växterna berövas vatten, forskarna fann att stomata tar i genomsnitt 25 minuter att öppna, medan tiden för stomatan att stänga faller till 45 minuter.
Varning för torka
För denna studie, forskarna testade sensorerna på en växt som kallas fredsliljan, som de valde delvis eftersom den har stora mage. För att applicera bläcket på bladen, forskarna skapade en tryckform med en mikrofluidkanal. När formen läggs på ett blad, bläck som strömmar genom kanalen avsätts på bladytan.
MIT -teamet arbetar nu med ett nytt sätt att applicera de elektroniska kretsarna genom att helt enkelt placera en klistermärke på bladytan. Förutom storskaliga jordbruksproducenter, trädgårdsmästare och stadsbönder kan vara intresserade av en sådan enhet, forskarna föreslår.
"Det kan få stora konsekvenser för jordbruket, särskilt med klimatförändringar, där du kommer att ha vattenbrist och förändringar i omgivningstemperaturer, Säger Koman.
I relaterat arbete, Stranos labb undersöker möjligheten att skapa matriser av dessa sensorer som kan användas för att upptäcka ljus och fånga bilder, ungefär som en kamera.
Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.
