Som växtforskare vid Iowa State University, Patrick Schnable arbetar med låg kostnad, grafenbaserade sensorer som kan fästas på växter. Tekniken mäter den tid det tar för två sorters majsväxter att flytta vatten från sina rötter, till deras nedre blad, och sedan till deras övre blad. Den information som samlas in kommer att ge nya typer av data till forskare och jordbrukare.
"Med ett sådant här verktyg, vi kan börja föda upp växter som är mer effektiva i att använda vatten, " han säger. "Det är spännande. Vi kunde inte göra detta tidigare. När vi kan mäta något, vi kan börja förstå det."
Dubbade växtsensortatueringen, tekniken utvecklades av Liang Dong, en Iowa State docent i el- och datateknik, för att möjliggöra dessa vattenmätningar. Seval Oren, doktorand i el- och datateknik, hjälpte också till att utveckla sensortillverkningstekniken. Schnable, tillsammans med Halil Ceylan, professor i civil, konstruktion, och miljöteknik, hjälpte till att testa sensorernas tillämpningar.
spännande teknik för forskare
Upptäcktes första gången 2004, grafen är gjord av bikakeskivor av kol som bara är en atoms tjocka. Dess egenskaper är spännande forskare eftersom de är starka och stabila, tunn, nästan helt genomskinlig, extremt lätt, och en fantastisk ledare av elektricitet och värme.
"Vi försöker göra sensorer som är billigare och fortfarande högpresterande, säger Dong.
Att göra det, teamet utvecklade en process för att tillverka intrikata grafenmönster på tejp. Det första steget, Dong förklarar, skapar indragna mönster på ytan av ett polymerblock, antingen med en formningsprocess eller med 3D-utskrift. Ingenjörer applicerar en flytande grafenlösning på blocket, fylla de indragna mönstren. De använder tejp för att ta bort överflödigt grafen och tar sedan ytterligare en tejpremsa för att dra bort grafenmönstren, vilket skapar en sensor på bandet.
Processen kan producera exakta mönster så små som 5 miljondels meter breda. Att göra mönstren så små, Dong säger, ökar sensorernas känslighet.
"Denna tillverkningsprocess är enkel. Du använder bara tejp för att tillverka dessa sensorer. Kostnaden är cent, " han säger.
Spåra transpiration
I växtstudier, sensorerna är gjorda av grafenoxid, ett material som är mycket känsligt för vattenånga. "Närvaron av vattenånga förändrar materialets konduktivitet, som kan kvantifieras för att exakt mäta transpiration från ett löv, ” förklarar Dong.
Framgångsrikt testat i laboratorie- och pilotfältsexperiment, ett tre år, $472, 363-anslag från USDA:s jordbruks- och livsmedelsforskningsinitiativ kommer att stödja fler fälttester av vattentransport i majsväxter. Michael Castellano, en Iowa State docent i agronomy, och William T. Frankenberger, professor i markvetenskap, kommer att leda projektet. Dong och Schnable kommer att fungera som medutredare.
går ut på marknaden
Iowa State University Research Foundation har ansökt om patent på sensortekniken.
Det har också beviljat en option att kommersialisera tekniken till EnGeniousAg, en Ames, Iowa, börja. Det grundades av Dong, Schnable, Castellano, och James Schnable, en biträdande professor i agronomy och trädgårdsodling vid University of Nebraska-Lincoln, en samarbetspartner i ett annat sensorprojekt i Iowa State som utlöste skapandet av företaget.
"Konceptet med bärbara elektroniska sensorer för växter är helt nytt, säger Dong. "Den mest spännande tillämpningen av de tejpbaserade sensorerna vi har testat hittills är anläggningssensorerna. Växtsensorerna är så små att de kan upptäcka transpiration från växter, men de kommer inte att påverka växttillväxt eller växtproduktion."
Det är inte allt sensorerna kan göra.
De kan också öppna nya dörrar för en mängd andra applikationer, inklusive sensorer för biomedicinsk diagnostik, för kontroll av byggnaders strukturella integritet, och för att övervaka miljön. Efter några ändringar, sensorerna skulle kunna användas för att testa sjukdomar eller bekämpningsmedel i grödor.
lär dig mer
• Liang Dong
515/294-0388
[email protected]
• Patrick Schnable
515/294-0975
[email protected]
• EnGeniousAg
[email protected]
engeniousag.com
