13 nov. 2017
2 minuten
Engineers van het Massachusetts Institute of Technology hebben sensoren ontworpen die op het blad van een plant geprint kunnen worden. Deze sensoren kunnen vervolgens aangeven wanneer de plant water nodig heeft. Deze techniek kan gebruikt worden door telers om tijdig te reageren op watertekorten bij gewassen, zegt Michael Strano, professor voor Chemical Engineering aan het MIT. Hij is mede-auteur van een paper over het onderzoek in het wetenschappelijk tijdschrift Lab on a Chip
Als de aarde opdroogt, vertragen planten hun groei, neemt de fotosynthetische activiteit af en verwelken de planten. Bij sommige planten is dit duidelijk zichtbaar, maar andere laten in eerste instantie geen teken van schade zien totdat die enorm is. De nieuwe sensor maakt gebruikt van de stomata van planten, kleine openingen op het blad die het verdampen van water mogelijk maakt. Als water verdampt neemt de waterdruk in de plant af, waardoor deze in staat is om weer water uit de grond op te nemen.
Elektronisch circuit
"Het is al bekend dat stomata reageren op licht, CO2-gehalte en droogte, maar nu zijn we in staat om het continu te monitoren", vertelt Volodymyr Koman, de hoofd-auteur van het onderzoek. "Bij voorgaande methoden kon deze informatie niet gegenereerd worden".
Om deze sensoren te maken, hebben de onderzoekers een inkt gebruikt van koolstof nanobuisjes opgelost in natriumdodecylsulfaat. Deze inkt kan vervolgens over de stoma worden geprint waardoor een elektronisch circuit ontstaat. Als zo’n huidmondje op het blad gesloten is, kan de stroom door het circuit worden gemeten met een multimeter. Als een opening zicht sluit wordt het circuit onderbroken. Daardoor weten onderzoekers exact wanneer een blad zich opent of sluit.
Veranderende condities
Door het meten van het openen en sluiten gedurende enkele dagen onder normale en droge condities, hebben de onderzoekers ontdekt dat ze binnen twee dagen kunnen opsporen of een plant watertekort ondervindt. Uit het onderzoek bleek namelijk dat stomata zeven minuten nadat ze aan licht zijn blootgesteld opengaan en 53 minuten sluiten nadat het donker is geworden. Deze condities veranderen gedurende droge periodes. Respectievelijk 25 minuten en 45 minuten.
Links: schema van de elektrische circuits die zijn geprint op het blad. Boven het oppervlak van het blad wordt een microfluïdische cip geklemd tussen twee houders. Te zien is de schematische layout van de geprinte microsensor met twee contactpunten en een bandje dat over een enkele stoma is aangebracht. Dat bandje wordt onderbroken als de stoma zich opent
Rechts: beelden van een stomameting op een vredeslelie.
"Dit blijkt momenteel de snelste indicatie te geven van droogte bij planten die we hebben voor agriculturele toepassingen", zegt Strano. "Het is moeilijk om deze informatie op een andere manier te verkrijgen. Je kunt sensoren in de grond plaatsen of je kunt gebruik maken van satelliet imaging en mapping, maar dat gaf nooit echt aan wat de waterbehoefte van een specifieke plant op dat moment was.
Mogelijkheden voor de markt
Strano is al een samenwerking gestart met een fabrikant in agriculturele producten om deze sensoren te ontwikkelen om op gewassen te gebruiken. Hij denkt dat de technologie ook kan worden gebruikt voor bijvoorbeeld hoveniers. Het kan onderzoekers daarnaast ook helpen om nieuwe manieren te vinden om planten te ontwikkelen die bestand zijn tegen droogte.
Anderen lazen ook
