Forskare har skapat en stick-on, tejpbaserad sensor för växtblad. Den mäter hur mycket vatten en växt dricker upp ur jorden. Med denna information kommer växtförädlare att veta vilka individer de ska välja som förälder för grödor som kan överleva torka genom att göra det mesta av det tillgängliga vattnet. Det är viktigt för när jordens klimat värms upp förväntas perioder av svår torka bli vanligare.
Liang Dong ledde teamet som utvecklade den nya sensorn. Han arbetar vid Iowa State University i Ames. Som elingenjör designar, bygger och analyserar han elektriska system för att möta särskilda behov.
Dong kallar sin sensor för en “växttatuering”. Det är en bit klar tejp inbäddad med en tatueringsliknande design gjord av flera lager av grafenflingor. Grafen är ett ark av kol som bara är en enda atom tjockt. Det är inte bara bra på att leda elektricitet, utan också mekaniskt starkt, vilket betyder att det inte lätt går sönder.
När kol binder med sig själv för att bilda grafen, är varje lager så tunt att du inte ens kan se det. Tatueringens mönster är synligt eftersom det har gjorts av flera lager.
För tatueringarna var det viktigt att grafenet lades ner i ett mönster istället för som ett enhetligt ark. Vissa mönster leder elektricitet bättre än andra. Dong använde matematiska formler för att ta reda på vilka mönster som skulle fungera bäst.
När den är tejpad på en växts blad kan tatueringen fästas på små trådar. Dessa ansluts till ett batteri och en enhet som kan mäta en elektrisk ström. Batteriet skickar en ström genom grafenet. Den strömmen kommer att förändras beroende på hur snabbt vattnet rör sig upp i anläggningen. Detta kommer att avslöja hur snabbt växten dricker in fukt från jorden.
Dong och hans team beskrev sina sensorer i decembernumret 2017 av Advanced Materials Technologies.
Hur de gjorde det
Det första steget i att skapa den nya tatueringen var att göra en form av ett plastblock. “Vi gjorde fördjupningar och kanaler i blocket och hällde sedan en grafenlösning på det”, förklarar Dong.
När grafenen torkat till flingor använde Dong tejp för att ta bort överskottet från blockets yta. Han applicerade sedan en andra bit tejp och tryckte ner den ordentligt. När han drog upp den igen satt grafenen nu fast på tejpen.
Dong och hans team experimenterade med olika föreningar skapade med grafen. De slog sig ner på en som heter grafenoxid. Det är en förening av kol och syre som är mycket känslig för fukt. När den kommer i kontakt med vattenånga saktar hastigheten med vilken en laddning, eller elektrisk ström, rör sig genom grafenoxiden.
Detta är en användbar egenskap. När växter tar upp vatten från jorden, strömmar vattenånga ut från små hål i deras blad som kallas stomata. Genom att mäta hur mycket den elektriska strömmen saktar ner efter att sensorn har fastnat på en växts blad kan forskare räkna ut hur snabbt växten slurpar upp vatten.
Forskarna provade växtsensorn med majsplantor. De mätte hur lång tid det tog för två sorter av majsväxter att flytta vatten från sina rötter till sina nedre blad och sedan till sina övre blad. För en planta tog det i genomsnitt 80 minuter att flytta vatten från sitt fjärde till sitt nionde blad. Den andra anläggningen gjorde detta på bara 28 minuter.
Elizabeth Lee är växtforskare i Kanada vid University of Guelph i Ontario. Denna majsexpert säger att vissa majssorter stänger sina blads stomata snabbare än andra när jorden är torr. Detta hjälper dem att spara vatten och bättre överleva torka.
Den nya sensorn är “ett trevligt sätt att enkelt identifiera vilka sorter som är bättre för att spara vatten”, konstaterar Lee. Uppfödare kanske vill fokusera på dessa när de utvecklar torktoleranta sorter.
Dong säger att nästa steg i hans forskning är att använda sensorn för att se hur en grödas användning av vatten påverkar hur många majsax som produceras och hur stora de är.
“Det yttersta målet med vårt arbete är att utveckla torka-toleranta grödor som kan hantera klimatförändringar”, säger han.
Leave a Reply