日本大阪府大学集成多模态柔性传感器系统可监测植物生理健康

日本大阪府大学的研究人员介绍了一种集成的多模态柔性传感器系统，包括一个室内湿度传感器、一个树叶湿度传感器，一个光学传感器和一个温度传感器，能够监测植物潜在的生理健康问题。

附着在叶片下的集成柔性传感装置，可以长期监测植物的蒸腾过程

越来越多的生物和非生物胁迫，对植物的生长和产量带来了潜在的威胁。因此，对植物健康状况的准确监测和评估显得越来越重要。但是，传统用于这类测量的传感器通常体积大且笨重，并局限于集中的气候条件，或需要在气体交换室中进行测量。

一种策略是利用柔性传感器智能连接植物。不过，由于植物的信号通路相对复杂，因此监测植物的生理信息充满挑战。此外，非生物胁迫因素的同步监测，需要持续、柔性、多功能的传感器系统，以便在没有性能退化和信号串扰的情况下进行长期监测。

多模态柔性植物健康监测传感器（左），具有不同功能组件的传感器结构示意图（右）

据麦姆斯咨询报道，近日在ACS Nano上发表的一篇题为《多模态植物健康监测柔性传感器系统》的研究报道中，日本大阪府大学（Osaka Prefecture University, OPU）的研究人员介绍了一种集成的多模态柔性传感器系统，包括一个室内湿度传感器、一个树叶湿度传感器，一个光学传感器和一个温度传感器，能够监测植物潜在的生理健康问题。值得注意的是，通过利用植物蒸腾过程，基于这种“植物-传感器”生物接口，实现了对大果木棉的长期监测（>15天），直观地记录了植物的脱水状况。

这款以堆叠ZnIn2S4（ZIS）纳米片为核心传感介质的柔性传感器，不仅能快速响应（~4 ms）感知光照，而且能以持久稳定的性能监测湿度。由于这是首次将ZIS纳米片应用于湿度传感器，因此，研究人员对其湿度传感机理进行了详细的理论和实验研究。在没有信号串扰的情况下，实时测量了控制植物蒸腾的三种主要非生物胁迫因素：湿度、光照和温度。

（a）顶部、中部和下部三片叶片被监测的大果木棉，（b）相应的实时监测结果，自上而下分别为：室内湿度、温度、光照以及植物湿度。

“很多柔性传感器已经成功应用于人体健康监测，以及人机交互界面。”柔性电子专家Dae-Hyeong Kim教授说：“这项研究提出的用于植物健康状态监测的多模态柔性传感器概念，或将为智慧农业开辟一条新的道路。”

这款多模态柔性传感器的制造过程

该项目负责人Kuniharu Takei教授说：“通过合理选择活性传感材料和电极，我们解决了长期跟踪植物非生物胁迫所需要的传感器性能，并能够进行无串扰的多通道信号采集。”

未来的进一步研究将包括降低柔性传感器系统的厚度和重量，增加传感器功能，以响应其它生物和非生物胁迫因素，以及提高以时空模式解码植物化学信号的能力。另外，还将考量环境气体（如CO2、O2或NOx）对传感器输出的影响。