Wetenschap
Studie brengt wetenschappers een stap dichter bij het succesvol kweken van planten in de ruimte
De polymeersensoren zijn bestand tegen vochtigheid en temperatuur, kunnen meer dan 400% uitrekken terwijl ze aan een plant blijven zitten terwijl deze groeit en een draadloos signaal naar een externe monitoringlocatie sturen, zei hoogleraar chemische en biomoleculaire technologie Ying Diao, die het onderzoek met planten leidde. biologieprofessor en afdelingshoofd Andrew Leakey.
Het onderzoek beschrijft enkele van de eerste resultaten van een NASA-subsidie die aan Diao is toegekend om te onderzoeken hoe draagbare gedrukte elektronica zal worden gebruikt om landbouw in de ruimte mogelijk te maken.
"Dit werk wordt gemotiveerd door de behoefte van astronauten om op duurzame wijze groenten te verbouwen tijdens lange missies", zei ze.
Diao's team benaderde dit project met behulp van een laboratorium op aarde om een zeer betrouwbaar, rekbaar elektronisch apparaat te creëren – en de ontwikkeling ervan verliep niet gemakkelijk, zei ze.
"Eerlijk gezegd begonnen we aan dit werk met de gedachte dat het maar een paar maanden zou duren om deze taak te perfectioneren. We realiseerden ons echter al snel dat ons polymeer te stijf was", zegt Siqing Wang, een afgestudeerde student en eerste auteur van het onderzoek. "We moesten veel componenten opnieuw formuleren om ze zachter en rekbaarder te maken en onze printmethode aanpassen om de assemblage van de microstructuren in het apparaat te controleren, zodat ze geen grote kristallen vormden tijdens het print- en uithardingsproces." P>
Het team kwam terecht op een apparaat met zeer dunne film dat de kristalgroei tijdens de assemblage en het printen helpt beperken.
"Nadat we de problemen met de rekbaarheid en de assemblage hadden aangepakt, moesten we de problemen aanpakken die gepaard gaan met het werken met draagbare elektronica bij hoge luchtvochtigheid en onder snelle groeisnelheden", zei Wang. "We hadden reproduceerbare resultaten nodig, zodat we niet konden voorkomen dat de sensoren eraf vielen of elektronisch uitvielen tijdens de groei-experimenten. Uiteindelijk kwamen we met een naadloze elektrode en interface die niet werd beïnvloed door de veeleisende omstandigheden."
De 'Stretchable-Polymer-Electronics-based Autonomous Remote Strain Sensor', oftewel SPEARS2, is het resultaat van drie jaar hard werken en bewijst dat de toegepaste wetenschap zelden eureka-momenten ervaart.
"Het is een opwindende technische vooruitgang in ons vermogen om nauwkeurige, niet-invasieve metingen van plantengroei in realtime uit te voeren. Ik kijk ernaar uit om te zien hoe het de nieuwste hulpmiddelen voor het ondervragen van genomische en cellulaire processen kan aanvullen", aldus Leakey.
Diao zei ook dat ze enthousiast is om alle manieren te ontdekken waarop dit onderzoek zich zal blijven ontwikkelen.
In dit onderzoek wordt bijvoorbeeld gekeken naar planten zoals maïs die voornamelijk naar boven groeien. De onderzoekers zijn echter van plan hun elektronische printmethodologie verder te ontwikkelen om een systeem te creëren dat opwaartse en uitgaande groei kan monitoren.
Het team zei dat ze ook werken aan de mogelijkheid om chemische processen op afstand te detecteren en te monitoren.
"Ik denk dat de onderzoeksgemeenschap op het gebied van draagbare elektronica planten te lang heeft genegeerd", zei Diao. "We weten dat ze veel stress ervaren tijdens klimaatadaptatie, en ik denk dat zachte elektronica een grotere rol kan spelen bij het bevorderen van ons begrip, zodat we ervoor kunnen zorgen dat planten in de toekomst gezond, gelukkig en duurzaam zijn - of dat nu in de ruimte is , op andere planeten of hier op aarde."
Onderzoekers van NASA en Illinois, onderzoekers uit de bio-engineering, gewaswetenschappen, materiaalkunde en techniek, het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology en het Beckman Institute for Advanced Science and Technology hebben aan dit onderzoek bijgedragen.