Ben je die plant op je bureau weer vergeten water te geven? Het kan binnenkort mogelijk een SOS uitzenden.

MIT-ingenieurs hebben sensoren gemaakt die op plantenbladeren kunnen worden geprint en onthullen wanneer de planten een watertekort hebben. Dit soort technologie kan niet alleen verwaarloosde kamerplanten redden, maar ook belangrijker, boeren vroegtijdig waarschuwen wanneer hun gewassen in gevaar zijn, zegt Michael Strano, de Carbon P. Dubbs Professor of Chemical Engineering aan het MIT en de senior auteur van de nieuwe studie.

"Dit lijkt de vroegste indicator van droogte te zijn die we hebben voor landbouwtoepassingen, " zegt Strano. "Het is moeilijk om op een andere manier aan deze informatie te komen. Je kunt sensoren in de grond plaatsen, of je kunt satellietbeelden maken en in kaart brengen, maar je weet nooit echt wat een bepaalde plant detecteert als het waterpotentieel."

Strano is al begonnen samen te werken met een grote landbouwproducent om deze sensoren te ontwikkelen voor gebruik op gewassen, en hij gelooft dat de technologie ook nuttig kan zijn voor tuinders en stadsboeren. Het kan onderzoekers ook helpen nieuwe manieren te ontwikkelen om droogteresistente planten te ontwikkelen, hij zegt.

Volodymyr Koman, een MIT-postdoc, is de hoofdauteur van het artikel, die verschijnt in de online editie van 8 november van het tijdschrift Lab op een chip .

Afdrukbare sensoren

Als de grond uitdroogt, planten vertragen hun groei, fotosynthetische activiteit verminderen, en schade oplopen aan hun weefsels. Sommige planten beginnen te verwelken, maar anderen vertonen geen zichtbare tekenen van problemen totdat ze al aanzienlijke schade hebben ondervonden.

De nieuwe MIT-sensor maakt gebruik van de huidmondjes van planten:kleine poriën in het oppervlak van een blad waardoor water kan verdampen. Als water uit het blad verdampt, waterdruk in de plant daalt, waardoor het water uit de grond kan halen via een proces dat transpiratie wordt genoemd.

Plantenbiologen weten dat huidmondjes opengaan bij blootstelling aan licht en sluiten in het donker, maar de dynamiek van deze opening en sluiting is weinig bestudeerd omdat er geen goede manier was om ze direct in realtime te meten.

"Mensen wisten al dat huidmondjes reageren op licht, tot kooldioxideconcentratie, tot droogte, maar nu hebben we het continu kunnen monitoren, ", zegt Koman. "Vroegere methoden waren niet in staat om dit soort informatie te produceren."

Om hun sensor te maken, de MIT-onderzoekers gebruikten een inkt gemaakt van koolstof nanobuisjes - kleine holle buisjes van koolstof die elektriciteit geleiden - opgelost in een organische verbinding genaamd natriumdodecylsulfaat, die de huidmondjes niet beschadigt. Deze inkt kan over een porie worden geprint om een ​​elektronisch circuit te creëren. Als de porie gesloten is, het circuit is intact en de stroom kan worden gemeten door het circuit aan te sluiten op een apparaat dat een multimeter wordt genoemd. Als de porie opengaat, het circuit is verbroken en de stroom stopt met stromen, zodat de onderzoekers kunnen meten, heel precies, wanneer een enkele porie open of gesloten is.

Door deze opening en sluiting over een paar dagen te meten, onder normale en droge omstandigheden, de onderzoekers ontdekten dat ze kunnen detecteren, binnen twee dagen, wanneer een plant waterstress ervaart. Ze ontdekten dat het ongeveer zeven minuten duurt om huidmondjes te openen na blootstelling aan licht en 53 minuten om te sluiten wanneer het donker wordt. maar deze reacties veranderen tijdens droge omstandigheden. Als de planten geen water meer krijgen, de onderzoekers ontdekten dat huidmondjes gemiddeld 25 minuten nodig hebben om te openen, terwijl de hoeveelheid tijd voor het sluiten van de huidmondjes daalt tot 45 minuten.

Droogtewaarschuwing

Voor deze studie is de onderzoekers testten de sensoren op een plant genaamd de vredeslelie, die ze gedeeltelijk kozen omdat het grote huidmondjes heeft. Om de inkt op de bladeren aan te brengen, de onderzoekers creëerden een drukmal met een microfluïdisch kanaal. Wanneer de mal op een blad wordt geplaatst, inkt die door het kanaal stroomt, wordt op het bladoppervlak afgezet.

Het MIT-team werkt nu aan een nieuwe manier om de elektronische schakelingen toe te passen door simpelweg een sticker op het bladoppervlak te plakken. Naast grootschalige landbouwproducenten, tuiniers en stadsboeren zijn misschien geïnteresseerd in een dergelijk apparaat, stellen de onderzoekers voor.

"Het kan grote gevolgen hebben voor de landbouw, vooral met klimaatverandering, waar u watertekorten en veranderingen in omgevingstemperaturen zult hebben, ' zegt Koman.

In verwant werk, Strano's lab onderzoekt de mogelijkheid om arrays van deze sensoren te maken die kunnen worden gebruikt om licht te detecteren en beelden vast te leggen. net als een camera.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.