Enabling Smart Agriculture through Sensor-Integrated Microfluidic Chip to Monitor Nutrient Uptake in Plants
Enabling Smart Agriculture through Sensor-Integrated Microfluidic Chip to Monitor Nutrient Uptake in Plants
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通过传感器集成微流控芯片监测植物养分吸收，实现智能农业
DOI：
10.1149/2754-2726/ad024e
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Bhansali, Shekhar
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kamat, Vivek;Burton, Lamar;Venkadesh, Vagheeswari;Jayachandran, Krish;Bhansali, Shekhar
土壤微环境极大地影响植物吸收养分和发芽的能力。感知土壤介质中的这些变化对于了解植物养分需求至关重要。土壤是动态的，代表了养分含量、元素流动性、质地、持水能力和微生物的变化，这些变化影响着养分水平。这些微小的变化会影响植物的早期生长和发育，研究这些变化一直具有挑战性。微流控技术提供了一个平台，可以研究类似植物微环境的小体积液体或介质中的营养物质可用性和交换。在这里，我们开发了一种新型的微流控芯片嵌入式分子印迹传感器，用于检测介质中的硝酸盐和磷酸盐。对于数据采集和记录，我们实现了通过微控制器控制的恒电位仪，允许通过远程无线电模块（LoRA）进行数据存储和传输。通过豆类植物深红的萌发和记录培养基中7 d的硝酸盐和磷酸盐水平来验证微流控装置的功能。基于MIP的传感器测量硝酸盐和磷酸盐，范围从1到1000 mM。硝酸盐和磷酸盐的检测准确度分别为99%和95%。该芯片与基于MIP的营养分析传感器相结合，可作为研究硝酸盐和磷酸盐营养交换和相互作用的平台技术。这种芯片在未来可以实现研究植物的缺陷、抗旱性和植物免疫力。
The soil microenvironment greatly influences a plant's ability to absorb nutrients and germinate. Sensing these changes in soil medium is critical to understand plant nutrient requirements. Soil being dynamic represents changes in nutrient content, element mobility, texture, water-holding capacity, and microbiota which affects the nutrient levels. These minor changes affect the plant in early growth and development and studying these changes has always been challenging. Microfluidics provides a platform to study nutrient availability and exchange in small volumes of liquid or media resembling plant microenvironments. Here, we have developed a novel microfluidic chip-embedded molecular imprinted sensor for sensing nitrate and phosphate in the media. For data acquisition and recording we have implemented a potentiostat controlled via a microcontroller allowing data storage and transfer via a long-range radio module (LoRA). The microfluidic device's functionality was validated by germination of the legume crimson red and recoding the nitrate and phosphate levels in media for 7 d. The MIP-based sensor measures nitrate and phosphate, in the range from 1 to 1000 mM. The accuracy of detection for nitrate and phosphate showed 99% and 95% respectively. The chip coupled with MIP based sensor for nutrient analysis serves as a platform technology for studying nitrate and phosphate nutrient exchange and interaction. This chip in the future can be implemented to study plant deficiencies, drought resistance, and plant immunity.
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DOI：
10.1007/978-1-4614-8320-5
发表时间：
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A. A. Kumar
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通讯作者：
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