Los agricultores y los productores de frutas informan que el cambio climático está provocando un aumento de las concentraciones de ozono en la superficie del suelo en sus campos y huertos, una exposición que puede causar daños irreversibles a las plantas. Reducir el rendimiento de los cultivos y amenazar el suministro de alimentos. dicen los químicos de materiales dirigidos por Trisha Andrew en la Universidad de Massachusetts Amherst.

Escribiendo en Avances de la ciencia , Los coautores Jae Joon Kim y Ruolan Fan muestran que el método del laboratorio Andrew de depositar "tatuajes" de polímeros conductores en las hojas de las plantas puede permitir a los productores detectar y medir con precisión el daño causado por el ozono. incluso a niveles de exposición bajos. Sus resistentes tatuajes de polímeros colocados en las hojas permiten "un control frecuente y a largo plazo del daño del ozono celular en cultivos de importancia económica como las uvas y las manzanas". "Dice Andrew.

Escriben, "Seleccionamos uvas (Vitis vinifera L.) como nuestra planta modelo porque el rendimiento y la calidad del fruto de las vides disminuyen significativamente con la exposición al ozono a nivel del suelo, lo que lleva a pérdidas económicas significativas. "El ozono a nivel del suelo puede ser producido por la interacción entre los nitratos en los fertilizantes y el sol, por ejemplo.

La vinicultora de UMass Amherst Elsa Petit, quien asesoró al equipo de química, dice que el tatuaje del sensor podría ser especialmente útil para la industria de la uva. "Con el cambio climático, El ozono aumentará y este nuevo sensor podría ser extremadamente útil para ayudar a los agricultores a actuar antes de que el daño sea reconocible a simple vista. ", dice. El ozono a nivel del suelo puede mitigarse mediante la detección temprana y el tratamiento de la superficie del suelo con carbón vegetal o polvos de zeolita.

Como explica Andrew, su laboratorio, financiado por la National Science Foundation, adaptaron el método de deposición de vapor de electrodos que habían desarrollado anteriormente para revestir telas para dispositivos médicos de detección para un nuevo uso:en plantas vivas. La película de polímero conductor, poli (3, 4-etilendioxitiofeno), PEDOT, tiene solo 1 micra de grosor, por lo que deja entrar la luz del sol y no daña las hojas. No metal, Los polímeros a base de carbono que actúan como electrodos conductores se utilizan cada vez más en el diseño de materiales blandos desde que se inventaron en la década de 1970. ella agrega.

"El nuestro actúa como un tatuaje temporal en un humano, "Andrew dice." No se lava y las propiedades eléctricas del polímero no se degradan, incluso durante mucho tiempo. Tenemos algunas plantas tatuadas en un invernadero en el campus y un año después todavía están creciendo bien. sacar raíces y hojas como de costumbre ".

Para probar el daño temprano por ozono, ella y sus colegas utilizan un espectrómetro de impedancia portátil adaptado de la práctica médica humana. Cuando toca el tatuaje del electrodo, una lectura informa la relación entre la resistencia eléctrica y la frecuencia. Este valor de voltaje cambia en presencia de varios factores, incluido el daño oxidativo del ozono.

Andrew dice:"Obtiene una imagen de forma de onda; un programa de software se ajusta a la onda para que podamos extraer ciertos parámetros de tejido. Podemos reconocer patrones para diferentes tipos de daño. Es consistente y notablemente preciso. Si lo usa en la misma planta durante un año , mientras la planta esté sana, la señal no cambia realmente durante ese tiempo ".

"El problema científicamente es que el daño visual del ozono se ve exactamente igual que si se riega la planta muy poco o recibe demasiado sol. Este proyecto se volvió intelectualmente interesante para nosotros cuando miramos la firma del ozono de nuestras lecturas y fue muy diferente de la sequía o el daño de los rayos ultravioleta. El ozono produce un cambio único en la impedancia eléctrica de alta frecuencia y las señales de fase de las hojas ".

Los científicos esperan que su invento pueda ser utilizado por agricultores y productores de frutas que puedan colocar algunas "plantas informadoras" entre los cultivos para monitorear periódicamente los niveles de ozono del suelo. "Te da una imagen de lo que está sucediendo en tu suelo, "Sugiere Andrew." Puede recibir una alerta si el nivel de fertilizante es incorrecto, por ejemplo. Esto puede pasar especialmente con cultivos alimentarios que necesitan mucho sol y fertilizantes para producir, como melones, uvas y frutos del huerto. Algunas plantas son muy sensibles ".