Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Bitkilerde Su Kullanım Seviyesini Ölçen Giyilebilir Sensör Tasarlandı

---

Iowa Eyalet Üniversitesi’nden bitkibilimci (botanikçi) Patrick Schnable ve çalışma arkadaşları tarafından düşük maliyetli, kolay üretilebilir ve bant şeklinde yapıştırılabilen grafen tabanlı bir biyosensör üretildi. Görsel: Liang Dong/Iowa State University

Yeni biyosensör bitkilere tutturulabilecek ve sağlayacağı bilgiler sayesinde, çiftçiler ve araştırmacıların yeni veriler elde etme olanağı olacak.

İki tür mısır bitkisinin, suyu, köklerinden en alttaki yapraklarına ve en üstteki yapraklarına ne kadar sürede taşıdıklarını ölçtüklerini belirten Schnable, “Bu araç sayesinde, suyu daha verimli kullanan bitkileri saptayıp, onları yetiştirebiliriz,” diyor.

Araştırmacıların “bitki dövmesi” (İng. plant tattoo) adını verdikleri yeni sensör, bitkiye yapıştırılabilen grafen tabanlı küçük bir araç olup, söz konusu su ölçümlerini mümkün kılıyor. Grafen, karbon atomlarının bal peteği görünümünde bir kristal yapı oluşturacak şekilde sentezlendiği, atom kalınlığında bir malzeme. Yüksek derecede elektrik ve ısı iletkenliğinin yanı sıra, kuvvetli ve kararlı bir yapısı bulunuyor. Bu çalışmadaki “bant üzeri grafen” teknolojisi, el hareketlerini ölçebilen “akıllı eldiven” yapımı da dahil, birçok giyilebilir basınç ve gerilme sensörü üretmek için de kullanılmıştı.

Patrick Schnable, Liang Dong, Seval Ören ve Halil Ceylan’dan oluşan ekip, Aralık 2017’de Advanced Materials Technologies dergisinde bir makale yayımladı ve çeşitli sensörler ile esnek sensör üretmede kullanılabilecek “grafen temelli nano-malzeme örüntüleme ve aktarma için basit ve çok yönlü yöntem”lerini tanımladı. Makalenin başyazarı olan ve teknolojinin geliştiricisi olan Dong, “Ucuz ama yine de yüksek performans gösteren sensörler yapmaya çalışıyoruz,” diyor.

Bu amaçlarını gerçekleştirmek için araştırmacılar, bir bant üzerinde karışık grafen desenleri oluşturan bir yöntem tasarladılar. Bunun ilk basamağı olarak, kalıplama ya da 3-D baskı yöntemi kullanarak polimer bloğun yüzeyinde girintili desenler oluşturdular. Daha sonra bu oyuk desenleri, sıvı bir grafen çözeltisi ile doldurdular. Fazla gelen grafeni bant yardımıyla temizlediler. Daha sonra, başka bir bant rulosu alarak, bloktan grafen desenleri topladılar ve böylece “bant üzeri sensör” elde etmiş oldular.

Bu yöntem ile metrenin 5 milyonda biri genişliğinde keskin desenler oluşturulabiliyor; bu da yaklaşık olarak saç teli çapının yirmide birine denk geliyor. Dong, bu denli küçük desenler yapmanın, sensörlerin duyarlılığını artırdığını belirtiyor. “Üretim süreci oldukça basit,” diyor Dong. “Bu sensörleri üretmek için sadece bant kullanıyorsunuz. Maliyeti 1$’dan bile daha az.”

Bitkiler ile ilgili çalışmalarda, sensörler, su buharına karşı çok duyarlı bir malzeme olan grafen oksit ile yapılıyor. Su buharının varlığı, malzemenin iletkenliğini değiştiriyor ve bu da sayıya dökülerek, bir yapraktaki buharlaşmanın yüksek doğrulukla hesaplanması mümkün oluyor. Bitki sensörlerinin, laboratuvarda ve deneme amaçlı arazi deneylerinde başarıyla sınandığını ekliyor Dong.

ABD Tarım Bakanlığı Tarım ve Gıda Araştırma Fonu, mısır bitkilerinde su taşınımının saptanması konusunda daha fazla saha araştırmasını destekliyor ve bunun için üç yıllık yeni bir 472.363$’lık hibe ayırdı. Projenin liderliğinde Michael Castellano bulunurken, Dong ile Schnable ekipte yer alacak. Ayrıca Iowa Eyalet Üniversitesi Araştırma Vakfı, söz konusu sensör teknolojisi için patent başvurusunda bulundu. Üretilen bu sensör teknolojisi, Dong ile Schnable’in de aralarında bulunduğu bir kadro tarafından kurulan EnGeniousAg şirketi tarafından da ticarileştirilecek.

“Şu ana kadar sınadığımız bant temelli sensörlerin en heyecan verici uygulaması, bitki sensörü oldu. Bitkiler için giyilebilir sensör teknolojisi yepyeni bir kavram. Bu bitki sensörleri öylesine küçük ki, bitkilerdeki buharlaşmayı algılayabiliyor ama bitki büyümesini ve ürün verimini etkilemiyor,” diyor Dong.

Sensörlerin yapabildikleri bu kadarla da kalmıyor. Nanoteknolojinin gelişmesi ile birlikte üretilen malzemelerin boyutlarının küçülmesi ve üretim maliyetlerinin düşmesi ile birlikte sensörlerin gelişimi de hız kazandı. Bu teknoloji, çok çeşitli uygulamalar için yeni kapılar açabilir. Yayımladıkları makalede araştırmacılar sensörlerin biyomedikal teşhislerde, bitki hastalıklarının ön tanısında, toprakta pestisit ve çeşitli kirleticilerin tespitinde ve hatta binaların yapısal bütünlüklerinin devamlılığının ölçülmesinde kullanılabileceğini söylüyor.

Kaynak: Phys.org, “Engineers make wearable sensors for plants, enabling measurements of water use in crops“<https://phys.org/news/2018-01-wearable-sensors-enabling-crops.html>

İlgili Makale: Seval Oren et al, Wearable Electronics: High-Resolution Patterning and Transferring of Graphene-Based Nanomaterials onto Tape toward Roll-to-Roll Production of Tape-Based Wearable Sensors (Adv. Mater. Technol. 12/2017), Advanced Materials Technologies (2017). DOI: 10.1002/admt.201770055

BilimFili.com: "Bitkilerde Su Kullanım Seviyesini Ölçen Giyilebilir Sensör Tasarlandı"

Bu yazının kaynağı: https://bilimfili.com/bitkilerde-su-kullanim-seviyesini-olcen-giyilebilir-sensor-tasarlandi/

---