Un nuevo 'tatuaje' podría conducir a cultivos tolerantes a la sequía

Un sensor hecho de grafeno mide qué tan rápido las plantas absorben el agua del suelo

Los científicos han creado un sensor adhesivo basado en cinta para hojas de plantas. Mide la cantidad de agua que una planta bebe del suelo. Con esta información, los mejoradores de plantas sabrán qué individuos elegir como existencias originales para cultivos que puedan sobrevivir a las sequías aprovechando al máximo el agua disponible. Eso es importante porque a medida que el clima de la Tierra se calienta, se espera que los períodos de sequía se vuelvan más comunes.

Liang Dong dirigió al equipo que desarrolló el nuevo sensor. Él trabaja en la Universidad Estatal de Iowa en Ames. Como ingeniero eléctrico, diseña, construye y analiza sistemas eléctricos para satisfacer necesidades particulares.

Dong llama a su sensor un "tatuaje de planta". Es una cinta transparente incrustada con un diseño de tatuaje hecho de múltiples capas de escamas de grafeno. El grafeno es una lámina de carbono que tiene un solo átomo de grosor. No solo es excelente para conducir electricidad, sino que también es mecánicamente resistente, lo que significa que no se romperá fácilmente.

Cuando el carbono se une consigo mismo para formar grafeno, cada capa es tan delgada que ni siquiera puedes verla. El patrón del tatuaje es visible porque se ha hecho a partir de varias capas. Ver encuesta tatuaje

Para los tatuajes, era importante colocar el grafeno en un patrón en lugar de una sábana uniforme. Ciertos patrones conducen la electricidad mejor que otros. Dong usó fórmulas matemáticas para descubrir qué patrones deberían funcionar mejor.

Cuando se pega a la hoja de una planta, el tatuaje se puede unir a pequeños cables. Estos se conectan a una batería y un dispositivo que puede medir una corriente eléctrica. La batería envía una corriente a través del grafeno. Esa corriente cambiará según la rapidez con que el agua se mueva hacia arriba de la planta. Esto revelará la rapidez con que la planta absorbe la humedad del suelo.

Dong y su equipo describieron sus sensores en la edición de diciembre de 2017 de Advanced Materials Technologies .

Cómo lo hicieron

El primer paso para crear el nuevo tatuaje fue hacer un molde a partir de un bloque de plástico. "Hicimos sangrías y canales en el bloque y luego le dimos una solución de grafeno", explica Dong.

Una vez que el grafeno se secó en escamas, Dong usó cinta para eliminar el exceso de la superficie del bloque. A continuación, aplicó una segunda pieza de cinta y la presionó firmemente. Cuando volvió a subir, el grafeno estaba pegado a la cinta.

Dong y su equipo experimentaron con diferentes compuestos creados usando grafeno. Se establecieron en uno llamado óxido de grafeno. Es un compuesto de carbono y oxígeno que es muy sensible a la humedad. Cuando entra en contacto con el vapor de agua, la velocidad a la que una carga o corriente eléctrica se mueve a través del óxido de grafeno disminuye. Encuesta.

Este es un rasgo útil. A medida que las plantas absorben el agua del suelo, el vapor de agua escapa de pequeños agujeros en sus hojas llamados estomas . Al medir cuánto se desacelera la corriente eléctrica después de que el sensor se adhiere a la hoja de una planta, los investigadores pueden descubrir qué tan rápido la planta está sorbiendo agua.

Los investigadores probaron el sensor de la planta con plantas de maíz. Midieron cuánto tiempo tardaron dos variedades de plantas de maíz en mover el agua de sus raíces a sus hojas inferiores, y luego a sus hojas superiores. Para una planta, tomó 80 minutos, en promedio, mover el agua de su cuarta a su novena hoja. La otra planta hizo esto en solo 28 minutos.

Elizabeth Lee es una científica de plantas en Canadá en la Universidad de Guelph, en Ontario. Este experto en maíz dice que algunas variedades de maíz cierran los estomas de sus hojas más rápido que otros cuando el suelo está seco. Esto les ayuda a conservar agua y a sobrevivir mejor a la sequía.

El nuevo sensor es "una buena manera de identificar fácilmente qué variedades son mejores para conservar agua", observa Lee. Es posible que los criadores quieran enfocarse en estos al desarrollar cultivares tolerantes a la sequía .

Dong dice que el siguiente paso en su investigación es usar el sensor para ver cómo el uso de agua de un cultivo afecta la cantidad de mazorcas de maíz que se producen y su tamaño.