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Pflanzentätowierungssensoren messen den Wasserverbrauch in Mais

Als Pflanzenwissenschaftler der Iowa State University Patrick Schnable arbeitet mit kostengünstigen, Graphen-basierte Sensoren, die an Pflanzen befestigt werden können. Die Technologie misst die Zeit, die zwei Arten von Maispflanzen brauchen, um Wasser aus ihren Wurzeln zu entfernen, zu ihren unteren Blättern, und dann zu ihren oberen Blättern. Die gesammelten Informationen werden Forschern und Landwirten neue Arten von Daten liefern.

„Mit einem Tool wie diesem wir können damit beginnen, Pflanzen zu züchten, die Wasser effizienter nutzen, " er sagt. "Das ist aufregend. Das konnten wir vorher nicht. Sobald wir etwas messen können, wir können anfangen, es zu verstehen.“

Das Pflanzensensor-Tattoo genannt, die Technologie wurde von Liang Dong entwickelt, ein Iowa State Associate Professor für Elektro- und Computertechnik, um diese Wassermessungen zu ermöglichen. Seval Oren, Doktorand der Elektro- und Informationstechnik, half auch bei der Entwicklung der Sensor-Fertigungstechnologie. Schnabel, zusammen mit Halil Ceylan, ein Professor für Zivilrecht, Konstruktion, und Umwelttechnik, unterstützt beim Testen von Anwendungen der Sensoren.

spannende Technologie für Forscher

Erstmals im Jahr 2004 entdeckt, Graphen besteht aus wabenförmigen Kohlenstoffschichten, die nur ein Atom dick sind. Seine Eigenschaften begeistern Forscher, weil sie stark und stabil sind, dünn, fast vollständig transparent, extrem leicht, und ein erstaunlicher Leiter von Strom und Wärme.

„Wir versuchen, Sensoren herzustellen, die billiger und dennoch leistungsstark sind. “, sagt Dong.

Das zu tun, Das Team entwickelte einen Prozess zur Herstellung komplizierter Graphenmuster auf Band. Der erste Schritt, Dong erklärt, erzeugt eingedrückte Muster auf der Oberfläche eines Polymerblocks, entweder im Spritzgussverfahren oder im 3D-Druck. Ingenieure tragen eine flüssige Graphenlösung auf den Block auf, Füllen der eingerückten Muster. Sie verwenden Klebeband, um das überschüssige Graphen zu entfernen, und nehmen dann einen weiteren Streifen Klebeband, um die Graphenmuster abzuziehen. wodurch ein Sensor auf dem Band entsteht.

Das Verfahren kann präzise Muster mit einer Breite von bis zu 5 Millionstel Metern erzeugen. Machen Sie die Muster so klein, Dong sagt, erhöht die Empfindlichkeit der Sensoren.

„Dieser Herstellungsprozess ist einfach. Sie verwenden einfach Klebeband, um diese Sensoren herzustellen. Die Kosten betragen Cent, " er sagt.

Transpiration verfolgen

In Pflanzenstudien, die Sensoren bestehen aus Graphenoxid, ein sehr wasserdampfempfindliches Material. „Die Anwesenheit von Wasserdampf verändert die Leitfähigkeit des Materials, die quantifiziert werden kann, um die Transpiration von einem Blatt genau zu messen, “ erklärt Dong.

Erfolgreich getestet in Labor- und Pilotfeldversuchen, ein dreijähriges, $472, 363-Zuschuss der Landwirtschafts- und Lebensmittelforschungsinitiative des USDA wird mehr Feldtests des Wassertransports in Maispflanzen unterstützen. Michael Castellano, ein außerordentlicher Professor für Agronomie im Bundesstaat Iowa, und William T. Frankenberger, Professor für Bodenkunde, wird das Projekt leiten. Dong und Schnable werden als Co-Ermittler fungieren.

auf den Markt gehen

Die Iowa State University Research Foundation hat die Sensortechnologie zum Patent angemeldet.

Es hat EnGeniousAg auch eine Option zur Kommerzialisierung der Technologie eingeräumt. ein Ames, Iowa, Anlaufen. Es wurde von Dong gegründet, Schnabel, Castellano, und James Schnable, Assistenzprofessor für Agronomie und Gartenbau an der University of Nebraska-Lincoln, ein Mitarbeiter an einem anderen Sensorprojekt im Bundesstaat Iowa, das die Gründung des Unternehmens auslöste.

„Das Konzept tragbarer elektronischer Sensoren für Pflanzen ist brandneu, “, sagt Dong. „Die spannendste Anwendung der bandbasierten Sensoren, die wir bisher getestet haben, sind die Pflanzensensoren. Die Pflanzensensoren sind so winzig, dass sie die Transpiration von Pflanzen erkennen können. aber sie werden weder das Pflanzenwachstum noch die Pflanzenproduktion beeinträchtigen.“

Das ist nicht alles, was die Sensoren können.

Sie könnten auch neue Türen für eine Vielzahl anderer Anwendungen öffnen, einschließlich Sensoren für die biomedizinische Diagnostik, zur Überprüfung der statischen Integrität von Gebäuden, und zur Überwachung der Umgebung. Nach einigen Modifikationen, die Sensoren könnten zum Testen von Krankheiten oder Pestiziden in Nutzpflanzen verwendet werden.