Estudo aproxima os cientistas do cultivo bem-sucedido de plantas no espaço
Pesquisa liderada pela Universidade de Illinois Urbana-Champaign usa eletrodos extensíveis à base de polímeros para monitorar remotamente o crescimento das plantas, aproximando os cientistas do cultivo de plantas no espaço para alimentar os astronautas durante missões longas. Crédito:Centro de Voo Espacial Marshall da NASA Novos sensores altamente extensíveis podem monitorar e transmitir informações sobre o crescimento das plantas sem intervenção humana, relatam pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign na revista Device .
Os sensores de polímero são resistentes à umidade e à temperatura, podem se esticar mais de 400% enquanto permanecem presos a uma planta à medida que ela cresce e enviam um sinal sem fio para um local de monitoramento remoto, disse o professor de engenharia química e biomolecular Ying Diao, que liderou o estudo com plantas. professor de biologia e chefe de departamento Andrew Leakey.
O estudo detalha alguns dos primeiros resultados de uma bolsa da NASA concedida a Diao para investigar como a eletrônica impressa será usada para tornar possível a agricultura no espaço.
“Este trabalho é motivado pelas necessidades dos astronautas de cultivar vegetais de forma sustentável enquanto estão em missões longas”, disse ela.
A equipe de Diao abordou este projeto usando um laboratório baseado na Terra para criar um dispositivo eletrônico altamente confiável e extensível – e seu desenvolvimento não foi fácil, disse ela.
"Honestamente, começamos este trabalho pensando que esta tarefa levaria apenas alguns meses para ser aperfeiçoada. No entanto, rapidamente percebemos que nosso polímero era muito rígido, "disse Siqing Wang, estudante de graduação e primeiro autor do estudo. “Tivemos que reformular muitos componentes para torná-los mais macios e elásticos e ajustar nosso método de impressão para controlar a montagem das microestruturas dentro do dispositivo para que não formassem grandes cristais durante o processo de impressão e cura.”
A equipe descobriu um dispositivo de filme muito fino que ajuda a conter o crescimento do cristal durante a montagem e impressão. Crédito:Universidade de Illinois em Urbana-Champaign “Depois de abordar as questões de elasticidade e montagem, tivemos que resolver os problemas que surgem ao trabalhar com eletrônicos vestíveis em alta umidade e sob rápidas taxas de crescimento”, disse Wang. "Precisávamos de resultados reproduzíveis para que não pudéssemos fazer com que os sensores caíssem ou falhassem eletronicamente durante os experimentos de crescimento. Finalmente criamos um eletrodo e uma interface perfeitos que não fossem afetados pelas condições exigentes."
O "Sensor de Deformação Remoto Autônomo baseado em Eletrônica de Polímero Esticável", ou SPEARS2 - é o produto de três anos de trabalho árduo, provando que a ciência aplicada raramente experimenta momentos eureka.
"É um avanço técnico emocionante em nossa capacidade de realizar medições precisas e não invasivas do crescimento das plantas em tempo real. Estou ansioso para ver como isso pode complementar as ferramentas mais recentes para interrogar processos genômicos e celulares", disse Leakey.
Diao também disse que está entusiasmada em descobrir todas as maneiras pelas quais esta pesquisa continuará a progredir.
Por exemplo, este estudo analisa plantas como o milho, que crescem principalmente para cima. No entanto, os investigadores planeiam avançar a sua metodologia de impressão eletrónica para criar um sistema que possa monitorizar o crescimento ascendente e externo.
A equipe disse que também está trabalhando na capacidade de detectar e monitorar processos químicos remotamente.
“Acho que a comunidade de pesquisa de eletrônicos vestíveis ignorou as plantas por muito tempo”, disse Diao. "Sabemos que eles estão enfrentando muito estresse durante a adaptação climática, e acho que a eletrônica suave pode desempenhar um papel maior no avanço da nossa compreensão, para que possamos garantir que as plantas sejam saudáveis, felizes e sustentáveis no futuro - seja no espaço. , em outros planetas ou aqui mesmo na Terra."
Pesquisadores da NASA e pesquisadores de Illinois de bioengenharia, ciências agrícolas, ciência e engenharia de materiais, o Instituto Carl R. Woese de Biologia Genômica e o Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada contribuíram para este estudo.
