El científico de plantas de la Universidad Estatal de Iowa, Patrick Schnable, describió rápidamente cómo midió el tiempo que le toma a dos tipos de plantas de maíz mover el agua desde sus raíces, hacia sus hojas inferiores y luego hacia sus hojas superiores.
Esta no fue una charla técnica, precisa, de póster. Fue un investigador interesado en trabajar con sensores en cinta nuevos, de bajo costo, fáciles de producir, basados en grafeno que se pueden conectar a las plantas y pueden proporcionar nuevos tipos dedatos a investigadores y agricultores.
"Con una herramienta como esta, podemos comenzar a criar plantas que son más eficientes en el uso del agua", dijo. "Eso es emocionante. No pudimos hacer esto antes. Pero, una vez que podemos medir algo, podemos comenzarpara entenderlo "
La herramienta que hace posible estas mediciones de agua es un pequeño sensor de grafeno que se puede pegar a las plantas; los investigadores lo han denominado un "sensor de tatuaje de planta". El grafeno es un material maravilloso. Es un panal de carbono de un átomo de espesor, es genialen la conducción de electricidad y calor, y es fuerte y estable. La tecnología de grafeno en cinta en este estudio también se ha utilizado para producir sensores de presión y tensión 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 los sensores flexibles en un documento que aparece en la portada de la edición de diciembre de 2017 de la revista Tecnologías avanzadas de materiales .
La investigación ha sido apoyada principalmente por el Programa de Académicos del Instituto de Ciencias Vegetales del Estado de Iowa.
Liang Dong, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática del estado de Iowa, es el autor principal del artículo y desarrollador de la tecnología. Seval Oren, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática, es coautor y ayudó a desarrollar eltecnología 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, la Cátedra Dotada de Genética de la Junta de Promoción del Maíz de Iowa y elBaker Scholar of Agricultural Entrepreneurship y Halil Ceylan, profesor de ingeniería civil, de construcción y ambiental.
"Estamos tratando de hacer sensores que sean más baratos y de alto rendimiento", dijo Dong.
Para hacer eso, los investigadores han desarrollado un proceso para fabricar patrones intrincados de grafeno en cinta. Dong dijo que el primer paso es crear patrones con muescas en la superficie de un bloque de polímero, ya sea con un proceso de moldeo o con impresión 3D.aplique una solución líquida de grafeno al bloque, llenando los patrones sangrados. Utilizan cinta para eliminar el exceso de grafeno. Luego toman otra tira de cinta para separar los patrones de grafeno, creando un sensor en la cinta.
El proceso puede producir patrones precisos tan pequeños como 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 del 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. "Solo se usa cinta para fabricar estos sensores. El costo es solo centavos".
En el caso de 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 eso puede cuantificarse para medir con precisión la transpiración la liberación devapor de agua de una hoja
Los sensores de la planta han sido probados 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 EE. UU. Apoyará más pruebas de campo del transporte de agua en plantas de maíz. Michael Castellano, profesor asociado de agronomía del Estado de Iowa y profesor William T. Frankenberger enSoil Science liderará el proyecto. Los coinvestigadores incluyen a Dong y Schnable.
La Fundación de Investigación de la Universidad del Estado de Iowa ha solicitado una patente sobre la tecnología de sensores. La fundación de investigación también ha otorgado una opción para comercializar la tecnología a EnGeniousAg, una empresa emergente de Ames cofundada por Dong, Schnable, Castellano y James Schnable, profesor asistente de agronomía y horticultura en la Universidad de Nebraska-Lincoln, colaborador en otro proyecto de sensores del Estado de Iowa que provocó el establecimiento de la empresa 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 planta", dijo Dong. "El concepto de sensores electrónicos portátiles para plantas es completamente nuevo. Y los sensores de planta son tan pequeños que puedendetectar la transpiración de las plantas, pero no afectarán el crecimiento de las plantas o la producción de cultivos "
Pero eso no es todo lo que pueden hacer los sensores. La tecnología podría "abrir una nueva ruta" para una amplia variedad de aplicaciones, escribieron los autores en su documento, incluidos sensores para diagnósticos biomédicos, para verificar la integridad estructural de los edificios, para monitorearel medio ambiente y, después de las modificaciones apropiadas, para analizar cultivos en busca de enfermedades o pesticidas.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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