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植物也用上了柔性穿戴技術(shù)？電子皮膚打開種植新世界
2021年03月23日 08:35:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：8467
如何在長時間監(jiān)測莖流的同時不對植物的生理狀態(tài)造成影響，是莖流監(jiān)測設(shè)備主要的研究方向。浙江大學(xué)的研究團隊利用芯片級的微納加工工藝解決了這一難題。這一技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，基于對莖流的長期監(jiān)測，人們可以更加了解植物體內(nèi)水分與養(yǎng)分的運輸過程，從而推動栽培技術(shù)以及育種技術(shù)的發(fā)展。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】隨著現(xiàn)代人越來越重視健康管理，運動手表等可穿戴裝備已經(jīng)成為日常生活的常用的物品。而對健康監(jiān)測裝備便攜性的追求，也讓可穿戴設(shè)備的研發(fā)向著更輕薄對日常生活影響更小的方向發(fā)展，其中的代表就是包括電子皮膚、電子紋身等在內(nèi)的柔性穿戴電子技術(shù)。柔性穿戴電子技術(shù)不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測用戶的生理參數(shù)，還能夠滿足健康與醫(yī)療監(jiān)測所需的高精度傳感需求。
實時監(jiān)測的需求不止健康監(jiān)測才有，在生命科學(xué)領(lǐng)域還有很多研究需要進行持續(xù)監(jiān)測，那么柔性穿戴電子技術(shù)能不能應(yīng)用于其他研究呢？近日浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院的一項研究成果將柔性穿戴電子技術(shù)應(yīng)用于草本植物莖流的非入侵式持續(xù)監(jiān)測，相關(guān)研究刊登于《先進科學(xué)》。
植物的莖流與動物的血液相似，都是水分、養(yǎng)分以及信號分子運輸?shù)妮d體。不過植物沒有心臟，莖流上升的動力是由植物蒸騰作用以及滲透勢等內(nèi)外部壓力共同形成的。長期實時監(jiān)測莖流對于研究植物生長過程中的信號傳遞、水養(yǎng)分分配等問題有著重要的意義。
目前常用的莖流監(jiān)測設(shè)備是探針式的莖流計，使用時需要將探針插入植物莖干內(nèi)，會對植物造成侵入傷害，無法在自然生長條件下對莖流進行長期監(jiān)測。而且相對草本植物的莖來說，莖流計的體積過大，在草本植物的莖流監(jiān)測中使用不便。雖然市場上也有部分利用非入侵原理監(jiān)測莖流的設(shè)備，但是體積依然很大。如何在長時間監(jiān)測莖流的同時不對植物的生理狀態(tài)造成影響，是莖流監(jiān)測設(shè)備主要的研究方向。
浙江大學(xué)的研究團隊利用芯片級的微納加工工藝解決了這一難題。采用微納加工工藝涉及傳感器極大減小了傳感器的體積。團隊研發(fā)的莖流傳感器厚度僅0.01毫米，重0.24克，并且與常規(guī)莖流計需要將探針插入樹干中檢測不同，這款傳感器只需要貼在莖稈表面就可以監(jiān)測植物體內(nèi)的莖流。
為了減少貼在植物表面的傳感器對植物生理造成的負面影響，研究團隊通過特殊設(shè)計使傳感器不會阻擋水、氧氣、二氧化碳以及光線的穿透，保證即使傳感器長期附著在植物表面也不會影響植物的生長和生理狀況。
利用這一傳感器，研究團隊首次發(fā)現(xiàn)西瓜果實的生長時間主要在夜間，而不是通常認為的與光合作用同期的白天，顛覆了人們對于果實生長的傳統(tǒng)認識。研究團隊認為，這一技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，基于對莖流的長期監(jiān)測，人們可以更加了解植物體內(nèi)水分與養(yǎng)分的運輸過程，從而推動栽培技術(shù)以及育種技術(shù)的發(fā)展，幫助干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
后記：目前柔性可穿戴技術(shù)雖然在健康與醫(yī)療監(jiān)測方面有了很多研究成果，但始終沒有廣泛應(yīng)用于市場的產(chǎn)品。在植物莖流監(jiān)測中的應(yīng)用是柔性可穿戴技術(shù)新的應(yīng)用方向。莖流?監(jiān)測相較于人體生理參數(shù)的監(jiān)測更為簡單，也許上述這款傳感器將在健康監(jiān)測設(shè)備之前成為廣泛應(yīng)用的柔性可穿戴設(shè)備。從這一傳感器的研制過程中，健康醫(yī)療監(jiān)測領(lǐng)域柔性可穿戴電子產(chǎn)品的研發(fā)也許也能收獲更多的經(jīng)驗。
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