农民越早知道他们的作物正在遭受损失，他们就能越快采取行动，防止作物严重歉收。一种新型植物叶片探测传感器很快就能帮助他们做到这一点，只要植物受到压力就会发出警报。

传感器一端的特写视图——在实际使用中，微针将朝下插入叶子

所有类型的植物都会在光合作用和呼吸作用等自然过程中不断产生过氧化氢 (H2O2)。然而，当它们受到压力时，它们会产生更多的化学物质，作为在细胞之间发送信号以激活其防御机制的一种方式。引起这种反应的压力源包括干旱、害虫损害和感染。

虽然有检测植物中过氧化氢水平升高的方法，但大多数方法都需要摘下一片叶子，带回实验室，然后进行多步分析。也有光学设备根据植物发出的荧光来测量过氧化氢浓度，但它们可能会受到植物叶绿素含量的影响。

这就是新传感器的作用所在。它是由爱荷华州立大学梁东教授及其同事开发的，其形式为扁平、柔韧的聚合物贴片，其底面上布满了一排镀金的微小“微针”。

这一面还涂有一层水凝胶，主要由一种名为壳聚糖的生物基材料制成。这种凝胶还含有一种酶，可以与过氧化氢发生反应产生电子。第三种凝胶成分——氧化石墨烯，使电子在传感器的电极之间流动，产生电流。

该传感器已在大豆和烟草植物上进行了测试

当该装置压在植物叶子上时，微针会无害地刺穿最外层组织，与其中的汁液接触。液体中过氧化氢的含量越多，产生的电子数量就越多，因此测量到的电信号就越强。

如果信号足够强，表明麻烦即将来临，那么硬连线电池/电子模块将通过蓝牙向农民的移动设备发送警报，或通过 Wi-Fi 或现有无线网络向他们的家用电脑发送警报。

在对大豆和烟草植物进行的测试中，该传感器能够区分健康植物和最近被细菌病原体丁香假单胞菌番茄致病菌 DC3000 感染的植物。此外，该设备指示的 H2O2 水平与传统化学分析测量的水平相匹配。

“该传感器有多种使用方式，”董告诉我们。“一种方法是农民将传感器贴在植物叶子上，对多株植物进行一次性现场读数。另一种方法是将传感器贴在几株哨兵植物上，连续监测几天或几周。目前版本的传感器允许多次插入植物叶子，并将进行进一步改进以延长其可重复使用性。”

有关这项研究的论文最近发表在《ACS Sensors》杂志上。

这不是我们见过的第一个安装在叶子上的植物压力传感器。之前的例子可以通过各种不同的方式工作，目前正由东北大学、北卡罗来纳州立大学和麻省理工学院的科学家开发。