SHARE

Los científicos están desarrollando sensores en cinta a base de grafeno que se pueden unir a las plantas y pueden proporcionar datos a los investigadores y agricultores sobre el uso del agua en los cultivos.

La tecnología podría tener muchas otras aplicaciones, incluidos los sensores para el diagnóstico biomédico, para verificar la integridad estructural de los edificios, para monitorear el medio ambiente y, con modificaciones, para probar los cultivos de enfermedades o plaguicidas.

Patrick Schnable, científico de plantas de la Universidad Estatal de Iowa, describió rápidamente cómo midió el tiempo que le toma a dos tipos de plantas de maíz mover el agua de sus raíces, a sus hojas inferiores y luego a sus hojas superiores.

Esta no fue una charla técnica, precisa y de carteles. Este era un investigador interesado en trabajar con sensores en cinta nuevos, de bajo costo y de producción sencilla, basados ​​en el grafeno, que se pueden conectar a las plantas y pueden proporcionar nuevos tipos de datos a investigadores y agricultores.

“Con una herramienta como esta, podemos comenzar a criar plantas que sean más eficientes en el uso de agua”, dijo. “Es emocionante. No podíamos hacer esto antes. Pero una vez que podemos medir algo, podemos comenzar a entenderlo”.

La herramienta que hace posible estas mediciones de agua es un pequeño sensor de grafeno que puede pegarse con cinta adhesiva a las plantas. Los investigadores lo han denominado un “sensor de tatuaje vegetal”. El grafeno es un material maravilloso. Es un panal de carbono de apenas un átomo de grosor, es excelente para conducir la electricidad y el calor, y es fuerte y estable. La tecnología de grafeno sobre cinta en este estudio también se ha utilizado para producir sensores de tensión y presión portátiles, incluidos sensores integrados en un “guante inteligente” que mide los movimientos de las manos.

Los investigadores describen los diversos sensores y el “método simple y versátil para modelar y transferir nanomateriales basados ​​en grafeno” para crear sensores flexibles en un documento presentado en la portada del número de diciembre de 2017 de la revista Advanced Materials Technologies .

La investigación ha sido apoyada principalmente por el programa Faculty Scholars del Instituto de Ciencias Vegetales de Iowa State.

Liang Dong, profesor asociado del estado de Iowa de ingeniería eléctrica e informática, es el autor principal del papel y desarrollador de la tecnología. Seval Oren, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática, es coautor y colaboró ​​en el desarrollo de la tecnología de fabricación de sensores. Los coautores que ayudaron a probar las aplicaciones de los sensores son Schnable, director del Instituto de Ciencias Vegetales del Estado de Iowa, profesor distinguido Charles F. Curtiss en Agricultura y Ciencias de la Vida, presidente de la Junta de Promoción de Maíz de Iowa en Genética y erudito de Baker en Empresariado Agrícola ; y Halil Ceylan, profesor de ingeniería civil, construcción e ingeniería ambiental.

“Estamos tratando de fabricar sensores que sean más baratos y que tengan un alto rendimiento”, dijo Dong.

Para hacer eso, los investigadores han desarrollado un proceso para fabricar intrincados patrones de grafeno en cinta. Dong dijo que el primer paso es crear patrones dentados en la superficie de un bloque de polímero, ya sea con un proceso de moldeado o con impresión en 3-D. Los ingenieros aplican una solución de grafeno líquido al bloque, rellenando los patrones de sangría. Usan cinta para eliminar el exceso de grafeno. Luego toman otra tira de cinta para alejar los patrones de grafeno, creando un sensor en la cinta.

El proceso puede producir patrones precisos de hasta 5 millonésimas de metro de ancho, solo una vigésima parte del diámetro del cabello humano promedio. Dong dijo que hacer los patrones tan pequeños aumenta la sensibilidad de los sensores.

(El proceso, por ejemplo, produjo una imagen detallada de la mascota Ciclón del estado de Iowa que tenía menos de 2 milímetros de diámetro. “Creo que este es probablemente el ciclón más pequeño”, dijo Dong).

“Este proceso de fabricación es muy simple”, dijo Dong. “Simplemente usas cinta para fabricar estos sensores. El costo es solo centavos”.

En el caso de los estudios de plantas, los sensores están hechos con óxido de grafeno, un material muy sensible al vapor de agua. La presencia de vapor de agua cambia la conductividad del material y puede cuantificarse para medir con precisión la transpiración (la liberación de vapor de agua) de una hoja.

Los sensores de la planta se han probado con éxito en experimentos de laboratorio y de campo piloto, dijo Dong.

Una nueva subvención de $ 472,363 por tres años de la Iniciativa de Investigación Agrícola y Alimentaria del Departamento de Agricultura de los EE. UU. Apoyará más pruebas de campo del transporte acuático en las plantas de maíz. Michael Castellano, profesor asociado de agronomía del estado de Iowa y profesor William T. Frankenberger en Soil Science, liderará el proyecto. Co-investigadores incluyen Dong y Schnable.

La Iowa State University Research Foundation ha solicitado una patente sobre la tecnología de sensores. La fundación de investigación también otorgó una opción para comercializar la tecnología a EnGeniousAg, una compañía de lanzamiento de Ames cofundada por Dong, Schnable, Castellano y James Schnable, profesor asistente de agronomía y horticultura en la Universidad de Nebraska-Lincoln, un colaborador en otro proyecto del sensor del estado de Iowa que provocó el establecimiento de la compañía (y el hijo de Patrick Schnable).

“La aplicación más emocionante de los sensores basados ​​en cinta que hemos probado hasta ahora es el sensor de la planta”, dijo Dong. “El concepto de sensores electrónicos portátiles para plantas es completamente nuevo. Y los sensores de la planta son tan pequeños que pueden detectar la transpiración de las plantas, pero no afectarán el crecimiento de las plantas ni la producción de cultivos”.

Pero eso no es todo lo que los sensores pueden hacer. La tecnología podría “abrir una nueva ruta” para una amplia variedad de aplicaciones, escribieron los autores en su documento, incluidos sensores para diagnóstico biomédico, para verificar la integridad estructural de los edificios, para monitorear el medioambiente y, después de las modificaciones apropiadas, para probar cultivos para enfermedades o pesticidas.

sciencedaily.com

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here