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

Esto no fue técnico preciso, charla de carteles. Este era un investigador interesado en trabajar con nuevos, bajo costo, fácilmente producido, a base de grafeno, sensores en cinta 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 cultivar plantas que sean más eficientes en el uso del agua, ", dijo." Eso es emocionante. No podíamos hacer esto antes. Pero, una vez que podamos medir algo, podemos empezar a entenderlo ".

La herramienta que hace posibles estas mediciones de agua es un pequeño sensor de grafeno que se puede pegar con cinta adhesiva a las plantas; los investigadores lo han denominado "sensor de tatuajes de plantas". El grafeno es un material maravilloso. Es un panal de carbono de solo un átomo de espesor es excelente para conducir 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 tensión y presión portátiles. incluyendo sensores integrados en un "guante inteligente" que mide los movimientos de la mano.

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 artículo que aparece en la portada de la edición de diciembre de 2017 de la revista. Tecnologías de materiales avanzadas .

La investigación ha sido apoyada principalmente por el Programa de Académicos de la Facultad del Instituto de Ciencias Vegetales del Estado de Iowa.

Liang Dong, un 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 un coautor que ayudó a desarrollar 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, un Profesor Distinguido Charles F. Curtiss de Agricultura y Ciencias de la Vida, la Cátedra Dotada de Genética de la Junta de Promoción del Maíz de Iowa y la Beca Baker de Emprendimiento Agrícola; y Halil Ceylan, un profesor de civil, construcción e ingeniería ambiental.

"Estamos tratando de fabricar sensores que sean más baratos y aún de 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 moldeo o con impresión 3D. Los ingenieros aplican una solución de grafeno líquido al bloque, llenando los patrones con sangría. Usan cinta adhesiva para eliminar el exceso de grafeno. Luego toman otra tira de cinta para quitar 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 Cyclone del estado de Iowa que tenía menos de 2 milímetros de ancho. "Creo que este es probablemente el ciclón más pequeño, "Dijo Dong.)

"Este proceso de fabricación es muy simple, "Dijo Dong." Solo usa cinta para fabricar estos sensores. El costo es de 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 se puede cuantificar 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.

Un nuevo trienio $ 472, La subvención 363 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. Miguel Castellano, profesor asociado de agronomía del estado de Iowa y profesor William T. Frankenberger en ciencia del suelo, liderará el proyecto. Los co-investigadores incluyen a Dong y Schnable.

La Fundación de Investigación de la Universidad Estatal 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 de nueva creación 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 de sensores del estado de Iowa que provocó el establecimiento de la empresa (y el hijo de Patrick Schnable).

"La aplicación más interesante 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 las plantas 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 pueden hacer los sensores. La tecnología podría "abrir una nueva ruta" para una amplia variedad de aplicaciones, los autores escribieron en su artículo, incluyendo sensores para diagnóstico biomédico, para comprobar la integridad estructural de los edificios, para monitorear el medio ambiente y, después de las modificaciones apropiadas, para probar cultivos en busca de enfermedades o pesticidas.