植物在受到害虫、干旱或疾病的侵袭时会发出求救信号，但这些信号往往肉眼无法察觉。现在，科学家开发出了一种微型可穿戴传感器，它可以附着在植物叶子上，在植物受到可见损害之前检测出植物受到的压力。

该传感器测量过氧化氢，这是大豆和烟草植物叶片中压力的标志。图片来源：改编自 ACS Sensors 2025，DOI：10.1021/acssensors.4c02645

通过测量过氧化氢水平（一种早期生化警告），该贴片可帮助农民和园丁迅速做出反应，改善植物健康和作物产量。最重要的是，它以实惠的价格在一分钟内提供实时结果。

害虫、干旱、极端温度和感染等环境因素会给植物带来巨大压力，给家庭园丁和农民带来挑战。及早发现这种压力（在叶子开始褪色、枯萎或枯萎之前）对于有效干预至关重要。

如今，研究人员今天（3 月 19 日）在《ACS Sensors》杂志上报告称，他们开发出一种可直接贴在植物叶子上的可穿戴贴片，让种植者可以实时监测植物的健康状况。这种电化学传感器可以检测过氧化氢，这是植物在压力下发出的一种关键求救信号。

当植物受到压力时，其正常的生化过程会受到干扰，从而引发过氧化氢的产生。这种分子不仅发出求救信号，还有助于激活植物的防御机制。尽早识别这些化学变化可以让种植者快速做出反应，即使在恶劣的条件下也能最大限度地减少损害并提高作物产量。

这种可重复使用的贴片（如图所示，贴在烟叶的下面）可以帮助种植者通过及早检测植物压力，尽早做出决定，以保持作物的健康。图片来源：改编自 ACS Sensors 2025，DOI：10.1021/acssensors.4c02645

然而，现有的大多数检测过氧化氢的方法都很复杂，需要叶子样本、多个处理步骤或依赖荧光的外部检测器——这种方法往往因叶绿素干扰而变得复杂。以前对植物可穿戴设备的研究主要集中在监测叶子含水量作为健康指标，但爱荷华州立大学电子工程学教授董亮和他的团队寻求一种更直接的方法。他们开发了一种独立的贴片，可以快速准确地检测活植物中的过氧化氢水平，为监测植物压力提供了一种更简单、更有效的方法。

为了制作一个可以粘在叶子下面的贴片，研究人员在柔性基座上制作了一排微型塑料针。在这个图案化表面上，他们涂上了一种以壳聚糖为基础的水凝胶混合物，这种混合物可以将过氧化氢的微小变化转化为可测量的电流差异。该混合物含有一种酶，它与过氧化氢发生反应产生电子，并还原氧化石墨烯，将这些电子传导通过传感器。

研究人员在活的、健康的大豆和烟草植株上测试了他们的贴片，并将它们与受细菌感染的植株进行了比较。他们发现：

对于感染细菌病原菌番茄致病菌(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000) 的两种作物，传感器在受压叶片上产生的电流比在健康叶片上产生的电流要多，并且电流水平与存在的过氧化氢的量直接相关。

该传感器对过氧化氢的测量是准确的，并得到了常规实验室分析的证实。

大约 1 分钟后，贴片测量到的叶子中的过氧化氢含量明显低于之前用针状传感器测量活植物的含量。

在微针失去形状之前，贴片可以重复使用九次。

新策略提供的信息可以帮助种植者有效地做出有关作物的决定。董说：“我们可以在不到一分钟的时间内进行直接测量，每次测试花费不到一美元。”“这一突破将大大简化分析，使农民能够使用我们的贴片传感器实时监测作物病害。”

研究人员对继续推进这项研究感到非常兴奋。董总结道：“我们的下一步是完善这项技术并提高其可重复使用性。”

编译自/ScitechDaily