ساخت تراشه‌هایی که مراقب گیاهان است

محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی پچ الکترونیکی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند در برگ‌های گیاهان برای نظارت بر محصولات زراعی استفاده شود.این پچ برای بررسی عوامل بیماری‌زای مختلف مانند عفونت‌های ویروسی و قارچی و همچنین استرس‌هایی مانند خشکسالی یا شوری استفاده می‌شود.

در آزمایش‌های انجام شده، محققان دریافتند که این پچ بیش از یک هفته قبل از مزرعه‌دار، قادر به تشخیص عفونت ویروسی در گوجه‌فرنگی است و می‌تواند علائم قابل مشاهده بیماری را تشخیص دهد.

کینگشان از محققان این پروژه که نویسنده اصلی مقاله‌ای با عنوان حسگر پوشیدنی چند حالته سطح برگ برای نظارت مداوم فیزیولوژی گیاهان است، گفت: این موضوع مهم است، زیرا تولید کنندگان می‌توانند بیماری‌های گیاهی یا عفونت‌های قارچی را به سرعت شناسایی کنند، آن‌ها قادر به محدود کردن شیوع بیماری و حفظ محصول خود خواهند بود.

او افزود: علاوه بر این، پرورش دهندگان هرچه سریع‌تر می‌توانند تنش‌هایی مانند آب آبیاری آلوده یا آب شور را شناسایی کنند، آن‌ها قادر به رفع چالش‌های مربوطه و بهبود عملکرد محصول خواهند بود.

نمونه اولیه ساخته شده با نظارت بر ترکیبات آلی فرار (VOC) که توسط گیاهان ساطع می‌شوند، بیماری گیاهی را تشخیص می‌دهد. گیاهان در شرایط مختلف ترکیبات مختلفی از VOC را منتشر می‌کنند. با هدف قرار دادن VOC‌هایی که مربوط به بیماری‌های خاص یا استرس گیاهی هستند، این حسگر‌ها می‌توانند کاربران را نسبت به مشکلات خاص هشیار کنند.

این پچ الکترونیکی فقط ۳۰ میلی متر طول داشته و از یک ماده انعطاف‌پذیر حاوی حسگر‌ها و الکترود‌های مبتنی بر نانوسیم نقره تشکیل شده است. پچ‌ها در قسمت زیرین برگ قرار می‌گیرند، که دارای تراکم بالاتری از روزنه هستند، منافذی که تبادل گاز‌ها با محیط را انجام داده و گیاه با آن تنفس می‌کند.

محققان این پچ‌ها را روی گیاهان گوجه فرنگی در گلخانه‌ها آزمایش کردند. گیاهان گوجه‌فرنگی به سه بیماری مختلف آلوده شدند. محققان اطلاعاتی از این آزمایش گرفتند و آن‌ها را به یک برنامه هوش مصنوعی وصل کردند تا مشخص کنند کدام یک از حسگر‌ها به طور مؤثر برای شناسایی بیماری و استرس عمل می‌کنند.

نتایج نشان داد که ترکیبی از سه حسگر روی یک پچ، می‌تواند چهار روز پس از آلوده شدن گیاهان، ویروس پژمردگی گوجه فرنگی یا TSWV را تشخیص دهد. این نتیجه یک مزیت قابل توجه است، زیرا گوجه‌فرنگی به طور معمول به مدت ۱۰-۱۴ روز هیچ علائم ظاهری برای TSWV نشان نمی‌دهد.

محققان اعلام کردند که دو قدم تا رسیدن به مرحله تجاری‌سازی فاصله دارند، ابتدا باید پچ‌ها را به صورت بی‌سیم بسازند دوم این که آن‌ها باید پچ‌های موجود در مزرعه، یعنی خارج از فضای گلخانه آزمایش کنند تا اطمینان حاصل شود که پچ‌ها در شرایط دنیای واقعی کار خواهند کرد.