特里沙·安德魯(Trisha Andrew)領(lǐng)導(dǎo)的材料化學(xué)家說，農(nóng)民和水果種植者報(bào)告說，氣候變化正在導(dǎo)致其田地和果園土壤表面臭氧濃度的升高，這種暴露會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的植物破壞，作物減產(chǎn)并威脅食物供應(yīng)。在馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)。

共同第一作者Jae Joon Kim和Ruolan Fan 在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表的文章表明，安德魯實(shí)驗(yàn)室在植物葉片上氣相沉積導(dǎo)電聚合物“紋身”的方法可以使種植者即使在低暴露水平下也能準(zhǔn)確地檢測(cè)和測(cè)量此類臭氧破壞。 。安德魯說，他們?cè)谌~子上安置的有彈性的聚合物紋身可以“經(jīng)常和長(zhǎng)期地監(jiān)視具有經(jīng)濟(jì)意義的農(nóng)作物(例如葡萄和蘋果)中細(xì)胞臭氧的破壞情況”。

他們寫道：“我們選擇葡萄(Vitis vinifera L.)作為我們的典范植物，因?yàn)槠咸训墓麑?shí)產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)在暴露于地面臭氧下會(huì)顯著降低，從而導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。” 例如，肥料中的硝酸鹽與太陽之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生地面臭氧。

曾為化學(xué)小組提供建議的美國(guó)麻省大學(xué)安納赫斯特分校的牧師Elsa Petit說，傳感器紋身對(duì)葡萄業(yè)特別有用。她說：“隨著氣候變化，臭氧將增加，這種新型傳感器可能非常有用，有助于農(nóng)民在肉眼無法識(shí)別之前采取行動(dòng)。” 通過及早發(fā)現(xiàn)并用木炭或沸石粉處理土壤表面，可以減輕地面臭氧的含量。

正如安德魯(Andrew)所解釋的那樣，她的實(shí)驗(yàn)室由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)資助，采用了他們先前開發(fā)的電極氣相沉積方法，以將用于醫(yī)學(xué)傳感設(shè)備的織物涂覆到有生命的植物上的新用途。導(dǎo)電聚合物薄膜，聚(3,4-乙撐二氧噻吩)，PEDOT，僅1微米厚，因此它可以讓陽光直射而不會(huì)傷害樹葉。她補(bǔ)充說，作為導(dǎo)電電極的非金屬，碳基聚合物自1970年代發(fā)明以來就越來越多地用于軟材料設(shè)計(jì)中。

“我們的行為就像是人類身上的臨時(shí)紋身，”安德魯說。“即使經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間，它也不會(huì)被沖走，聚合物的電性能也不會(huì)降低。我們?cè)谛@的溫室中有一些紋身植物，一年后它們?nèi)匀簧L(zhǎng)良好，能夠正常地根除葉子。”

為了測(cè)試早期臭氧破壞，她和同事們使用了一種符合人類醫(yī)學(xué)實(shí)踐的手持式阻抗譜儀。當(dāng)它碰到電極紋身時(shí)，讀數(shù)報(bào)告電阻與頻率的關(guān)系。該電壓值在各種因素的存在下發(fā)生變化，包括臭氧的氧化破壞。

安德魯說：“您得到的是波形圖像;適合該波形的軟件程序可以提取某些組織參數(shù)。我們可以識(shí)別出不同類型傷害的模式。它是一致且非常準(zhǔn)確的。如果在同一棵植物上使用，在過去的一年中，只要植物健康，信號(hào)在那段時(shí)間內(nèi)就不會(huì)真正改變。”

“從科學(xué)上講，問題是視覺上的臭氧破壞看起來與給植物澆水太少或得到太多陽光完全一樣。當(dāng)我們觀察讀數(shù)的臭氧特征時(shí)，這個(gè)項(xiàng)目對(duì)我們而言變得非常有趣。與干旱或紫外線造成的破壞非常不同。臭氧會(huì)在葉片的高頻電阻抗和相位信號(hào)方面產(chǎn)生獨(dú)特的變化。”

科學(xué)家希望他們的發(fā)明可以被農(nóng)民和水果種植者使用，他們可以在農(nóng)作物之間放置一些“報(bào)告植物”來定期監(jiān)測(cè)土壤中的臭氧水平。“它為您提供了土壤中正在發(fā)生的事情的圖片，”安德魯建議。“例如，如果肥料水平錯(cuò)誤，您會(huì)收到警報(bào)。這可能發(fā)生，特別是對(duì)于需要大量陽光和肥料來生產(chǎn)的糧食作物，例如瓜，葡萄和果園水果。某些植物對(duì)此非常敏感。 ”