Agricultores e produtores de frutas estão relatando que as mudanças climáticas estão levando a um aumento nas concentrações de ozônio na superfície do solo em seus campos e pomares - uma exposição que pode causar danos irreversíveis às plantas, reduzem os rendimentos das colheitas e ameaçam o abastecimento de alimentos, dizem os químicos de materiais liderados por Trisha Andrew na Universidade de Massachusetts Amherst.

Escrevendo em Avanços da Ciência , os co-primeiros autores Jae Joon Kim e Ruolan Fan mostram que o método do laboratório Andrew de "tatuagens" de polímero condutor por depósito de vapor nas folhas das plantas pode permitir que os produtores detectem e medam com precisão os danos do ozônio. mesmo em níveis de exposição baixos. Suas tatuagens de polímero resilientes colocadas nas folhas permitem "monitoramento frequente e de longo prazo dos danos do ozônio celular em safras economicamente importantes, como uvas e maçãs, "Andrew diz.

Eles escrevem, "Selecionamos uvas (Vitis vinifera L.) como nossa planta modelo porque o rendimento e a qualidade dos frutos das videiras diminuem significativamente com a exposição ao ozônio ao nível do solo, levando a perdas econômicas significativas. "O ozônio ao nível do solo pode ser produzido pela interação entre os nitratos nos fertilizantes e o sol, por exemplo.

Elsa Petit, vinicultora da UMass Amherst, que aconselhou a equipe de química, diz que a tatuagem do sensor pode ser especialmente útil para a indústria da uva. "Com a mudança climática, o ozônio aumentará e este novo sensor pode ser extremamente útil para ajudar os agricultores a agir antes que o dano seja reconhecido a olho nu, ", diz ela. O ozônio ao nível do solo pode ser mitigado pela detecção precoce e tratamento da superfície do solo com pó de carvão ou zeólita.

Como Andrew explica, o laboratório dela, financiado pela National Science Foundation, adaptaram o método de deposição de vapor de eletrodo que haviam desenvolvido antes para revestir tecidos para dispositivos médicos de detecção para um novo uso - em plantas vivas. O filme de polímero condutor, poly (3, 4-etilenodioxitiofeno), PEDOT, tem apenas 1 mícron de espessura, por isso permite a entrada da luz solar e não prejudica as folhas. Metalóide, polímeros à base de carbono que atuam como eletrodos condutores são cada vez mais usados ​​no design de materiais macios desde que foram inventados na década de 1970, Ela adiciona.

"A nossa age como uma tatuagem temporária em um humano, "Andrew diz." Ele não desaparece e as propriedades elétricas do polímero não se degradam, mesmo por um longo tempo. Temos algumas plantas tatuadas em uma estufa no campus e um ano depois elas ainda estão crescendo bem, arrancando raízes e folhas normalmente. "

Para testar os danos iniciais do ozônio, ela e seus colegas usam um espectrômetro de impedância portátil adaptado da prática médica humana. Quando toca a tatuagem do eletrodo, uma leitura relata a relação entre resistência elétrica e frequência. Este valor de tensão muda na presença de vários fatores, incluindo o dano oxidativo do ozônio.

Andrew diz, "Você obtém uma imagem em forma de onda; um programa de software se ajusta à onda para que possamos extrair certos parâmetros de tecido. Podemos reconhecer padrões para diferentes tipos de danos. É consistente e extremamente preciso. Se você usá-lo na mesma planta ao longo de um ano , contanto que a planta esteja saudável, o sinal realmente não muda ao longo desse tempo. "

"O problema cientificamente é que o dano visual do ozônio parece exatamente o mesmo, como se você regasse a planta muito pouco ou ela recebesse muito sol. Este projeto tornou-se intelectualmente interessante para nós quando olhamos para a assinatura de ozônio de nossas leituras e foi muito diferente da seca ou dos danos ultravioleta. O ozônio produz uma mudança única na impedância elétrica de alta frequência e nos sinais de fase das folhas. "

Os cientistas esperam que sua invenção possa ser usada por agricultores e fruticultores, que podem colocar algumas "plantas repórter" entre as plantações para monitorar periodicamente os níveis de ozônio no solo. "Dá uma ideia do que está acontecendo em seu solo, "Andrew sugere." Você pode ser alertado se o nível de fertilizante estiver errado, por exemplo. Isso pode acontecer, especialmente com plantações de alimentos que precisam de muito sol e fertilizantes para produzir, como melões, uvas e frutos de pomar. Algumas plantas são muito sensíveis a ele. "