Инженеры MIT создали датчики, которые могут быть напечатаны на листья растения и показать, когда заводы испытывают нехватку воды. Этот вид технологии мог не только спасти комнатные растения, которыми пренебрегают, но, что еще более важно, дать фермерам дальнее обнаружение, когда их зерновые культуры в опасности, говорит Майкл Страно, Углерод профессор П. Даббса Химического машиностроения в MIT и ведущем авторе нового исследования.«Это, кажется, самый ранний индикатор засухи, которую мы имеем для сельскохозяйственного применения», говорит Страно. «Трудно получить эту информацию любой другой путь.
Вы можете поместить датчики в почву, или Вы можете сделать спутниковое отображение и отображение, но Вы никогда действительно знаете то, что конкретный завод обнаруживает как водный потенциал».Strano уже начал работать с крупным сельхозпроизводителем, чтобы разработать эти датчики для использования на зерновых культурах, и он полагает, что технология могла также быть полезна для садовников и городских фермеров. Это может также помочь исследователям развивать новые способы спроектировать стойкие к засухе заводы, говорит он.Владимир Коман, MIT postdoc, является ведущим автором статьи, которая появляется в выпуске онлайн 8 ноября журнала Lab на Чипе.
Пригодные для печатания датчикиКогда почва иссякает, заводы замедляют свой рост, уменьшают фотосинтетическую деятельность и терпят ущерб к их тканям. Некоторые заводы начинают слабеть, но другие не показывают видимых признаков проблемы, пока они уже не испытали значительный вред.Новый датчик MIT использует в своих интересах устьица заводов – маленькие поры в поверхности листа, которые позволяют воде испаряться.
Поскольку вода испаряется от листа, гидравлического давления в падениях завода, позволяя ему составить воду от почвы до процесса, названного испарением.Биологи завода знают, что устьица открываются, когда выставлено, чтобы осветить и закрыться в темноте, но движущие силы этого открытия и закрытия были мало изучены, потому что не было хорошего способа непосредственно измерить их в режиме реального времени.
«Люди уже знали, что устьица отвечают на свет, к концентрации углекислого газа, к засухе, но теперь мы были в состоянии контролировать его непрерывно», говорит Комен. «Предыдущие методы были неспособны произвести этот вид информации».Чтобы создать их датчик, исследователи MIT использовали чернила, сделанные из углеродных нанотрубок – крошечные полые трубы углерода, которые проводят электричество – расторгнутый в органическом соединении, названном натрием dodecyl сульфат, который не повреждает устьица. Эти чернила могут быть напечатаны через пору, чтобы создать электронную схему.
Когда пора закрыта, схема неповреждена, и ток может быть измерен, соединив схему с устройством, названным мультиметром. Когда пора открывается, цепь разомкнута, и ток прекращает течь, позволяя исследователям иметь размеры, очень точно, когда единственная пора открыта или закрыта.Измеряя это открытие и закрытие за несколько дней, при нормальных условиях и сухих условиях, исследователи нашли, что они могут обнаружить, в течение двух дней, когда завод испытывает нехватку воды.
Они нашли, что устьицам требуются приблизительно семь минут, чтобы открыться после воздействия света и 53 минуты, чтобы закрыться, когда темнота падает, но эти ответы изменение во время сухих условий. Когда заводы лишены воды, исследователи нашли, что устьица занимают в среднем 25 минут, чтобы открыться, в то время как количество времени для устьиц, чтобы закрыть падения к 45 минутам.Тревога засухи
Для этого исследования исследователи проверили датчики на заводе, названном мирной лилией, которую они выбрали частично, потому что у этого есть большие устьица. Чтобы применить чернила к листьям, исследователи создали форму печати с микрожидким каналом.
Когда форма помещена в лист, чернила, текущие через канал, депонированы на поверхность листа.Команда MIT теперь работает над новым способом применить электронные схемы, просто помещая этикетку на поверхность листа. В дополнение к крупномасштабным сельхозпроизводителям садовники и городские фермеры могут интересоваться таким устройством, исследователи делают предложение.«Это могло иметь большие последствия для сельского хозяйства, особенно с изменением климата, где у Вас будут нехватка воды и изменения в температурах окружающей среды», говорит Комен.
В связанной работе лаборатория Страно исследует возможность создания множеств этих датчиков, которые могли использоваться, чтобы обнаружить свет и изображения захвата, во многом как камера.