植物生理学的实时原位监测对于建立精准农业表型平台至关重要。这种监测的关键推动因素是一种可以非侵入性地附着在植物上并将其生理状态转换为数字数据的设备。
新加坡国立大学Chengkuo Lee课题组和Eunyoung Chae课题组通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上对聚（3,4-乙撑二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）进行微图案化，报道了一种全有机透明植物电子皮肤。 这种植物电子皮肤在光学和机械上对植物来说是不可见的，对植物健康没有明显的不利影响。作者展示了植物电子皮肤作为应变和温度传感器的功能，并应用于白菜叶，以在正常和非生物胁迫条件下收集相应的参数。捕获生长过程中施加在叶表面上的应变以及表面温度的昼夜波动。进一步提出了数字孪生界面来可视化实时植物表面环境，为植物表型分析提供直观、生动的平台。
图1：植物电子皮肤的制作和特性。(A) 在 PDMS 基底上使用 PEDOT:PSS 微图案开发植物电子皮肤的制造过程示意图。(B) 概念图，展示了基于植物电子皮肤生成的感官信息，将现实空间中的植物投影到虚拟空间中的数字孪生植物。
视频1
图2：植物电子皮肤作为应变传感器和温度传感器的电气性能。
图3：叶上生物相容性测试和监测。(A) 植物电子皮肤与植物的生物相容性测试。(B) 作为应变传感器附着在白菜叶上的植物电子皮肤的照片。(C) 应变传感器在 3 天期间监测白菜叶生长模式的性能。(D) 作为温度传感器附着在白菜叶上的植物电子皮肤的照片。(E) 温度传感器在 3 天期间监测白菜叶表面温度的性能。
图4：在正常和非生物胁迫条件下进行长期植物监测。(A) 在理想条件下栽培的植物的示意图（对照组）。(B) 经历非生物胁迫（包括高温和干旱）的栽培植物的示意图（胁迫组）。(C) 对照组叶片的表面温度。(D) 胁迫组叶片的表面温度。(E) 对照组中白菜叶的生长模式。(F) 胁迫组中白菜叶的生长模式。(G) 计算对照组叶片的阻力变化和延伸。(H) 计算出的应激组叶片的阻力变化和延伸。
图5：植物电子皮肤作为数字孪生植物监控界面的应用。(A) 将现实空间中的植物投影到虚拟空间中的数字对应物的传感信号的信息流。(B) 通过照片和屏幕截图来展示真实空间中的植物及其在 VR 空间中的对应植物以及相应的温度信息。(C) 植物的照片和屏幕截图，其中一株典型植物与温暖的物体接触，以及 VR 植物中的相应反应。(D) 植物的照片和屏幕截图，其中一株典型植物与热物体接触，以及 VR 植物的相应反应。
作者展示了一种全有机植物电子皮肤，可以与植物紧密贴合并无缝集成，以无创地监测它们的生理状态。通过仅使用有机 PEDOT:PSS 作为导电成分和 PDMS 作为基材开发可扩展的微加工工艺，我们在植物电子皮肤中同时实现了生物相容性、透明度、拉伸性和顺应性。报道的 4.5 微米厚的植物电子皮肤在可见光谱范围内的透射率超过 85%，对植物来说在光学和机械上是不可见的，因此可以实现长期实时监测，而不会对植物健康产生任何可观察到的不利影响。
【参考文献】
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk7488#abstract
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