這一傳感器通過(guò)監(jiān)測(cè)過(guò)氧化氫含量(系植物受壓時(shí)的早期生化信號(hào))，幫助農(nóng)民和園藝愛(ài)好者迅速作出應(yīng)對(duì)，從而改善植物健康，提高作物產(chǎn)量。它能在不到一分鐘內(nèi)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且成本低廉。

　　3 月 19 日發(fā)表在《ACS Sensors》上(DOI: 10.1021/acssensors.4c02645)的研究表明，研究人員開(kāi)發(fā)出了一種可直接貼在植物葉片上的可穿戴傳感器，使種植者能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)植物健康。這種電化學(xué)傳感器可檢測(cè)植物在受壓時(shí)釋放的關(guān)鍵信號(hào)分子 —— 過(guò)氧化氫。

　　當(dāng)植物承受壓力時(shí)，其正常的生理代謝會(huì)被打亂，促使過(guò)氧化氫生成。這種分子不僅是植物受壓的標(biāo)志，還會(huì)激活其防御機(jī)制。及早檢測(cè)到這種化學(xué)變化，能讓種植者迅速采取應(yīng)對(duì)措施，減少損害，并在惡劣環(huán)境下維持作物產(chǎn)量。

　　目前檢測(cè)過(guò)氧化氫的方法普遍較為復(fù)雜，通常需要采集葉片樣本、經(jīng)過(guò)多道處理，或者依賴熒光檢測(cè)設(shè)備，但這種方法容易受到葉綠素的干擾。以往的植物可穿戴設(shè)備大多關(guān)注葉片水分含量，而梁東及其團(tuán)隊(duì)則開(kāi)發(fā)出一種更加直接的方案 —— 一種無(wú)需外部設(shè)備的微型傳感貼片，可快速精準(zhǔn)地測(cè)量植物體內(nèi)的過(guò)氧化氫水平，為植物健康監(jiān)測(cè)提供了一種更簡(jiǎn)單有效的工具。

　　研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種可貼附于葉片背面的貼片，在柔性基底上排列微型塑料針，并涂覆了一層特殊的水凝膠。這種水凝膠含有能夠與過(guò)氧化氫反應(yīng)的酶，同時(shí)摻入了導(dǎo)電材料 —— 還原氧化石墨烯，可將過(guò)氧化氫的濃度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，供傳感器讀取。

　　研究人員在健康的大豆和煙草植株上測(cè)試了這一傳感器，并與感染細(xì)菌的植株進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：

　　感染番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病病原體 Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 的植株，其葉片產(chǎn)生的電流明顯高于健康植株，且電流強(qiáng)度與過(guò)氧化氫含量直接相關(guān)。

　　傳感器測(cè)量結(jié)果與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)一致，證明其準(zhǔn)確性。

　　貼片能在不到一分鐘內(nèi)完成檢測(cè)，檢測(cè)效率優(yōu)于此前用于活體植物的同類傳感器。

　　貼片可重復(fù)使用 9 次，之后微型針才會(huì)開(kāi)始變形。

　　這一創(chuàng)新技術(shù)有望幫助農(nóng)民更高效地管理作物健康。梁東表示：“我們的傳感器可以在不到一分鐘內(nèi)直接檢測(cè)過(guò)氧化氫，每次測(cè)試成本不到 1 美元。這一突破將大幅簡(jiǎn)化檢測(cè)流程，使農(nóng)民能夠更輕松地進(jìn)行作物病害監(jiān)測(cè)。”

　　研究團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步優(yōu)化這項(xiàng)技術(shù)，并提升其重復(fù)使用能力。