植物也用上了柔性穿戴技術(shù)？電子皮膚打開種植新世界
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】隨著現(xiàn)代人越來越重視健康管理，運(yùn)動(dòng)手表等可穿戴裝備已經(jīng)成為日常生活的常用的物品。而對(duì)健康監(jiān)測(cè)裝備便攜性的追求，也讓可穿戴設(shè)備的研發(fā)向著更輕薄對(duì)日常生活影響更小的方向發(fā)展，其中的代表就是包括電子皮膚、電子紋身等在內(nèi)的柔性穿戴電子技術(shù)。柔性穿戴電子技術(shù)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)用戶的生理參數(shù)，還能夠滿足健康與醫(yī)療監(jiān)測(cè)所需的高精度傳感需求。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求不止健康監(jiān)測(cè)才有，在生命科學(xué)領(lǐng)域還有很多研究需要進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，那么柔性穿戴電子技術(shù)能不能應(yīng)用于其他研究呢？近日浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院的一項(xiàng)研究成果將柔性穿戴電子技術(shù)應(yīng)用于草本植物莖流的非入侵式持續(xù)監(jiān)測(cè)，相關(guān)研究刊登于《先進(jìn)科學(xué)》。
植物的莖流與動(dòng)物的血液相似，都是水分、養(yǎng)分以及信號(hào)分子運(yùn)輸?shù)妮d體。不過植物沒有心臟，莖流上升的動(dòng)力是由植物蒸騰作用以及滲透勢(shì)等內(nèi)外部壓力共同形成的。長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)莖流對(duì)于研究植物生長(zhǎng)過程中的信號(hào)傳遞、水養(yǎng)分分配等問題有著重要的意義。
目前常用的莖流監(jiān)測(cè)設(shè)備是探針式的莖流計(jì)，使用時(shí)需要將探針插入植物莖干內(nèi)，會(huì)對(duì)植物造成侵入傷害，無法在自然生長(zhǎng)條件下對(duì)莖流進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。而且相對(duì)草本植物的莖來說，莖流計(jì)的體積過大，在草本植物的莖流監(jiān)測(cè)中使用不便。雖然市場(chǎng)上也有部分利用非入侵原理監(jiān)測(cè)莖流的設(shè)備，但是體積依然很大。如何在長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)莖流的同時(shí)不對(duì)植物的生理狀態(tài)造成影響，是莖流監(jiān)測(cè)設(shè)備主要的研究方向。
浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用芯片級(jí)的微納加工工藝解決了這一難題。采用微納加工工藝涉及傳感器極大減小了傳感器的體積。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的莖流傳感器厚度僅0.01毫米，重0.24克，并且與常規(guī)莖流計(jì)需要將探針插入樹干中檢測(cè)不同，這款傳感器只需要貼在莖稈表面就可以監(jiān)測(cè)植物體內(nèi)的莖流。
為了減少貼在植物表面的傳感器對(duì)植物生理造成的負(fù)面影響，研究團(tuán)隊(duì)通過特殊設(shè)計(jì)使傳感器不會(huì)阻擋水、氧氣、二氧化碳以及光線的穿透，保證即使傳感器長(zhǎng)期附著在植物表面也不會(huì)影響植物的生長(zhǎng)和生理狀況。
利用這一傳感器，研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)西瓜果實(shí)的生長(zhǎng)時(shí)間主要在夜間，而不是通常認(rèn)為的與光合作用同期的白天，顛覆了人們對(duì)于果實(shí)生長(zhǎng)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這一技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，基于對(duì)莖流的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，人們可以更加了解植物體內(nèi)水分與養(yǎng)分的運(yùn)輸過程，從而推動(dòng)栽培技術(shù)以及育種技術(shù)的發(fā)展，幫助干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
后記：目前柔性可穿戴技術(shù)雖然在健康與醫(yī)療監(jiān)測(cè)方面有了很多研究成果，但始終沒有廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)的產(chǎn)品。在植物莖流監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用是柔性可穿戴技術(shù)新的應(yīng)用方向。莖流?監(jiān)測(cè)相較于人體生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)更為簡(jiǎn)單，也許上述這款傳感器將在健康監(jiān)測(cè)設(shè)備之前成為廣泛應(yīng)用的柔性可穿戴設(shè)備。從這一傳感器的研制過程中，健康醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域柔性可穿戴電子產(chǎn)品的研發(fā)也許也能收獲更多的經(jīng)驗(yàn)。
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