Le patch portable surveille les plantes pour les maladies et le stress

Le patch capteur se trouve sur la feuille d'une plante

Les chercheurs ont développé un nouveau patch que les plantes peuvent « porter » pour surveiller en permanence les maladies ou d'autres stress, tels que les dommages aux cultures ou la chaleur extrême.

"Nous avons créé un capteur portable qui surveille le stress et les maladies des plantes de manière non invasive en mesurant les composés organiques volatils (COV) émis par les plantes", explique Qingshan Wei, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à la North Carolina State University et co. -auteur correspondant d'un article sur l'œuvre.

Les méthodes actuelles de test pour stress végétal ou maladie impliquent le prélèvement d'échantillons de tissus végétaux et la réalisation d'un essai en laboratoire. Cependant, cela ne donne aux producteurs qu'une seule mesure, et il y a un décalage entre le moment où les producteurs prélèvent un échantillon et le moment où ils obtiennent les résultats des tests.

Les plantes émettent différentes combinaisons de COV dans différentes circonstances. En ciblant les COV pertinents pour des maladies spécifiques ou le stress des plantes, les capteurs peuvent alerter les utilisateurs sur des problèmes spécifiques.

« Nos moniteurs technologiques Émissions de COV de la plante en continu, sans nuire à la plante », explique Wei. « Le prototype dont nous avons fait la démonstration stocke ces données de surveillance, mais les futures versions transmettront les données sans fil. Ce que nous avons développé permet aux producteurs d'identifier les problèmes sur le terrain, ils n'auraient pas à attendre de recevoir les résultats des tests d'un laboratoire.

Les patchs rectangulaires mesurent 30 millimètres (1.18 pouces) de long et sont constitués d'un matériau flexible contenant des capteurs à base de graphène et des nanofils d'argent flexibles. Les capteurs sont recouverts de divers ligands chimiques qui répondent à la présence de COV spécifiques, permettant au système de détecter et de mesurer les COV dans les gaz émis par les feuilles de la plante.

Les chercheurs ont testé un prototype de l'appareil sur des plants de tomates. Le prototype a été mis en place pour surveiller deux types de stress : les dommages physiques à la plante et l'infection par P. infestans, l'agent pathogène responsable du retard maladie du mildiou dans les tomates. Le système a détecté les changements de COV associés aux dommages physiques dans un délai d'une à trois heures, selon la proximité des dommages avec le site du patch.

Détecter la présence de P. infestans a pris plus de temps. La technologie n'a pas détecté de changements dans les émissions de COV avant trois à quatre jours après que les chercheurs ont inoculé les plants de tomates.

"Ce n'est pas beaucoup plus rapide que l'apparition des symptômes visuels de la maladie du mildiou", explique Wei. « Cependant, le système de surveillance signifie que les producteurs n'ont pas à se fier à la détection de symptômes visuels infimes. Une surveillance continue permettrait aux producteurs d'identifier les maladies des plantes le plus rapidement possible, les aidant à limiter la propagation de la maladie.

"Nos prototypes peuvent déjà détecter 13 COV végétaux différents avec une grande précision, permettant aux utilisateurs de développer un réseau de capteurs personnalisés qui se concentre sur les stress et les maladies qu'un producteur juge les plus pertinents", explique Yong Zhu, professeur d'ingénierie mécanique et aérospatiale et co. -auteur correspondant de l'article.


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« Il est également important de noter que les matériaux sont assez peu coûteux », dit Zhu. « Si la fabrication était étendue, nous pensons que cette technologie serait abordable. Nous essayons de développer une solution pratique à un problème du monde réel, et nous savons que le coût est une considération importante.

Les chercheurs travaillent actuellement au développement d'un patch de nouvelle génération capable de surveiller la température, l'humidité et d'autres variables environnementales ainsi que les COV. Et tandis que les prototypes étaient alimentés par batterie et stockaient les données sur place, les chercheurs prévoient que les futures versions seront alimentées par l'énergie solaire et capables de transférer des données sans fil.

Zheng Li, un ancien post-doctorant à NC State qui est maintenant professeur adjoint à l'Université de Shenzhen, et Yuxuan Li, doctorant à NC State, sont les co-premiers auteurs de l'article, publié dans la revue Importance. Les coauteurs supplémentaires proviennent de l'Université Stony Brook et de l'État de Caroline du Nord.

Le travail a reçu le soutien du département américain de l'Agriculture, de la National Science Foundation et de l'État de Caroline du Nord.

La source: Etat NC

A propos de l'auteur

Matt Shipman-NC État

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Cet article a été initialement publié sur Futurity

 

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