科学家研发微型可穿戴传感器：低成本实时检测植物健康

IT之家 3 月 23 日消息，植物在遭受害虫、干旱或病害侵袭时会释放压力信号，但这些信号往往难以用肉眼察觉。据外媒 SciTechDaily 报道，科学家们研发出一种微型可穿戴传感器，可贴在叶片上，在出现可见损伤之前便能检测到植物的压力状况。

这一传感器通过监测过氧化氢含量（IT之家注：系植物受压时的早期生化信号），帮助农民和园艺爱好者迅速作出应对，从而改善植物健康，提高作物产量。它能在不到一分钟内提供实时数据，且成本低廉。

3 月 19 日发表在《ACS Sensors》上（DOI: 10.1021/acssensors.4c02645）的研究表明，研究人员开发出了一种可直接贴在植物叶片上的可穿戴传感器，使种植者能够实时监测植物健康。这种电化学传感器可检测植物在受压时释放的关键信号分子 —— 过氧化氢。

当植物承受压力时，其正常的生理代谢会被打乱，促使过氧化氢生成。这种分子不仅是植物受压的标志，还会激活其防御机制。及早检测到这种化学变化，能让种植者迅速采取应对措施，减少损害，并在恶劣环境下维持作物产量。

目前检测过氧化氢的方法普遍较为复杂，通常需要采集叶片样本、经过多道处理，或者依赖荧光检测设备，但这种方法容易受到叶绿素的干扰。以往的植物可穿戴设备大多关注叶片水分含量，而梁东及其团队则开发出一种更加直接的方案 —— 一种无需外部设备的微型传感贴片，可快速精准地测量植物体内的过氧化氢水平，为植物健康监测提供了一种更简单有效的工具。

研究团队设计了一种可贴附于叶片背面的贴片，在柔性基底上排列微型塑料针，并涂覆了一层特殊的水凝胶。这种水凝胶含有能够与过氧化氢反应的酶，同时掺入了导电材料 —— 还原氧化石墨烯，可将过氧化氢的浓度变化转化为电信号，供传感器读取。

研究人员在健康的大豆和烟草植株上测试了这一传感器，并与感染细菌的植株进行对比。结果表明：

• 感染番茄细菌性斑点病病原体 Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 的植株，其叶片产生的电流明显高于健康植株，且电流强度与过氧化氢含量直接相关。

• 传感器测量结果与传统实验室分析数据一致，证明其准确性。

• 贴片能在不到一分钟内完成检测，检测效率优于此前用于活体植物的同类传感器。

• 贴片可重复使用 9 次，之后微型针才会开始变形。

这一创新技术有望帮助农民更高效地管理作物健康。梁东表示：“我们的传感器可以在不到一分钟内直接检测过氧化氢，每次测试成本不到 1 美元。这一突破将大幅简化检测流程，使农民能够更轻松地进行作物病害监测。”

研究团队希望进一步优化这项技术，并提升其重复使用能力。