Miếng dán cảm biến thực vật cho phép theo dõi các loại bệnh trên cây trồng một cách liên tục

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang North Carolina đã phát triển một miếng dán mà thực vật có thể đeo để theo dõi các loại bệnh thực vật hoặc các căng thẳng khác. Ảnh: Qingshan Wei, Đại học Bang NC.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang North Carolina đã phát triển một miếng dán mà thực vật có thể "mang" để theo dõi liên tục các bệnh thực vật hoặc các căng thẳng khác, chẳng hạn như các mối nguy hại cây trồng hoặc nhiệt độ quá cao.

Qingshan Wei, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại NC State, đồng tác giả của bài báo về công trình cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra một cảm biến có thể đeo được để theo dõi sự căng thẳng và bệnh của cây trồng theo cách không xâm lấn, bằng cách đo các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do thực vật thải ra”.

Hiện tại, các phương pháp để kiểm tra sự căng thẳng hoặc bệnh của cây là lấy mẫu mô thực vật và tiến hành kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, điều này chỉ cung cấp cho người trồng một lần thông tin và nó mất nhiều thời gian từ lúc người trồng lấy mẫu đến khi họ nhận được kết quả xét nghiệm.

Thực vật thải ra các kết hợp VOC khác nhau trong các trường hợp khác nhau. Bằng cách nhắm vào mục tiêu là các VOC có liên quan đến các bệnh cụ thể hoặc căng thẳng của cây trồng, các cảm biến có thể cảnh báo người dùng về các vấn đề cụ thể.

Wei nói: “Công nghệ của chúng tôi giám sát lượng khí thải VOC liên tục từ thực vật mà không gây hại cho cây. Hiện nay chúng tôi đã thử nghiệm, trình diễn lưu trữ dữ liệu giám sát này, nhưng các phiên bản trong tương lai sẽ truyền dữ liệu không dây. Những gì chúng tôi đã phát triển cho phép người trồng xác định các vấn đề trên đồng ruộng và họ sẽ không cần phải đợi để nhận kết quả kiểm tra từ phòng thí nghiệm".

Các miếng dán hình chữ nhật dài 30mm là một vật liệu dẻo có chứa các cảm biến dựa trên graphene và các dây nano bạc mềm dẻo. Các cảm biến được phủ bằng các thành phần hóa học khác nhau, chúng phản ứng với sự hiện diện của các VOC cụ thể, cho phép hệ thống phát hiện và đo VOC trong khí thải ra từ lá cây.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một nguyên mẫu của thiết bị này trên cây cà chua. Nguyên mẫu được thiết lập để theo dõi hai loại căng thẳng: thiệt hại vật lý đối với cây trồng và nhiễm P. infestans, mầm bệnh gây ra bệnh mốc sương trên cà chua. Hệ thống đã phát hiện các thay đổi VOC liên quan đến thiệt hại vật lý trong vòng một đến ba giờ, tùy thuộc vào khoảng cách giữa miếng dán và nơi bị ảnh hưởng.

Việc phát hiện sự hiện diện của P. infestans mất nhiều thời gian hơn. Công nghệ này đã không nhận ra những thay đổi trong lượng khí thải VOC ngay mà phải mất ba - bốn ngày sau khi các nhà nghiên cứu cấy P. infestans vào cây cà chua.

Wei nói: “Điều này không nhanh hơn rõ rệt so với việc xuất hiện các triệu chứng trực quan của bệnh mốc sương. Tuy nhiên, hệ thống giám sát có nghĩa là người trồng không phải dựa vào việc phát hiện các triệu chứng trực quan nhỏ. Theo dõi liên tục sẽ cho phép người trồng xác định các bệnh thực vật nhanh nhất có thể, giúp họ hạn chế sự lây lan của bệnh".

Yong Zhu và Andrew A. Adams – Giáo sư xuất sắc về Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không tại Bang NC - đồng tác giả của bài báo cho biết: “Các nguyên mẫu của chúng tôi có thể phát hiện 13 VOC thực vật khác nhau với độ chính xác cao, cho phép người dùng phát triển một mảng cảm biến tùy chỉnh tập trung vào những căng thẳng và các loại bệnh mà người trồng cho rằng họ cần theo dõi”.

Zhu nói: “Điều quan trọng cần lưu ý là các vật liệu này có giá thành khá thấp. Nếu việc sản xuất được mở rộng, chúng tôi nghĩ rằng công nghệ này sẽ có giá cả phải chăng. Chúng tôi đang cố gắng phát triển một giải pháp thiết thực để giải quyết vấn đề trong thế giới thực và chúng tôi biết chi phí là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc".

Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để phát triển một bản dán thế hệ tiếp theo có thể theo dõi nhiệt độ, độ ẩm và các biến đổi môi trường khác cũng như VOC. Và trong khi các nguyên mẫu chạy bằng pin và lưu trữ dữ liệu tại chỗ, các nhà nghiên cứu dự định cho các phiên bản trong tương lai sử dụng năng lượng mặt trời và có khả năng truyền dữ liệu không dây.

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org