植物在受到害蟲、乾旱或疾病的侵襲時會發出求救訊號，但這些訊號往往肉眼無法察覺。現在，科學家開發了一種微型穿戴式感測器，它可以附著在植物葉子上，在植物受到可見損害之前檢測出植物受到的壓力。

此感測器測量過氧化氫，這是大豆和菸草植物葉片中壓力的標誌。圖片來源：改編自ACS Sensors 2025，DOI：10.1021/acssensors.4c02645

透過測量過氧化氫水平（一種早期生化警告），可幫助農民和園丁迅速做出反應，改善植物健康和作物產量。最重要的是，它以實惠的價格在一分鐘內提供即時結果。

害蟲、乾旱、極端溫度和感染等環境因素會對植物造成巨大壓力，給家庭園丁和農民帶來挑戰。及早發現這種壓力（在葉子開始褪色、枯萎或枯萎之前）對於有效幹預至關重要。

如今，研究人員今天（3 月19 日）在《ACS Sensors》雜誌上報告稱，他們開發出一種可直接貼在植物葉子上的可穿戴貼片，讓種植者可以即時監測植物的健康狀況。這種電化學感測器可以檢測過氧化氫，這是植物在壓力下發出的關鍵求救訊號。

當植物受到壓力時，其正常的生化過程會受到干擾，引發過氧化氫的產生。這種分子不僅發出求救訊號，還有助於活化植物的防禦機制。儘早識別這些化學變化可以讓種植者快速做出反應，即使在惡劣的條件下也能最大限度地減少損害並提高作物產量。

這種可重複使用的貼片（如圖所示，貼在菸葉的下面）可以幫助種植者透過及早檢測植物壓力，儘早做出決定，以保持作物的健康。圖片來源：改編自ACS Sensors 2025，DOI：10.1021/acssensors.4c02645

然而，現有的大多數檢測過氧化氫的方法都很複雜，需要葉子樣本、多個處理步驟或依賴螢光的外部偵測器——這種方法往往因葉綠素幹擾而變得複雜。先前對植物穿戴式裝置的研究主要集中在監測葉子含水量作為健康指標，但愛荷華州立大學電子工程學教授董亮和他的團隊尋求一種更直接的方法。他們開發了一種獨立的貼片，可以快速準確地檢測活體植物中的過氧化氫水平，為監測植物壓力提供了更簡單、更有效的方法。

為了製作一個可以黏在葉子下方的貼片，研究人員在柔性基座上製作了一排微型塑膠針。在這個圖案化表面上，他們塗上了一種以殼聚醣為基礎的水凝膠混合物，這種混合物可以將過氧化氫的微小變化轉化為可測量的電流差異。該混合物含有一種酶，它與過氧化氫反應產生電子，並還原氧化石墨烯，將這些電子傳導通過感測器。

研究人員在活的、健康的大豆和菸草植株上測試了他們的貼片，並將它們與受細菌感染的植株進行了比較。他們發現：

對於感染細菌病原菌番茄致病菌(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) 的兩種作物，感測器在受壓葉片上產生的電流比在健康葉片上產生的電流要多，並且電流水平與存在的過氧化氫的量直接相關。

該感測器對過氧化氫的測量是準確的，並得到了常規實驗室分析的證實。

大約1 分鐘後，貼片測量的葉子中的過氧化氫含量明顯低於先前用針狀感測器測量活體植物的含量。

在微針失去形狀之前，貼片可以重複使用九次。

新策略提供的資訊可以幫助種植者有效地做出有關作物的決定。董說：“我們可以在不到一分鐘的時間內進行直接測量，每次測試花費不到一美元。”“這一突破將大大簡化分析，使農民能夠使用我們的貼片傳感器實時監測作物病害。”

研究人員對繼續推進這項研究感到非常興奮。董總結道：“我們的下一步是完善這項技術並提高其可重複使用性。”

編譯自/ ScitechDaily