石墨烯电子纹身传感器实现植物水分动态监测
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石墨烯电子纹身传感器实现植物水分动态监测
在植物健康与生态监测领域，一项由德克萨斯大学奥斯汀分校研究团队主导的创新技术引起了广泛关注。研究人员开发了一种可贴附于叶片表面的柔性电子纹身，采用环保且超柔韧的石墨烯材料，能够实时追踪植物叶片内的水分变化。
这种新型传感器可直接贴附在活叶上，不造成组织损伤，克服了传统方法中依赖剪枝、采样或间接测量的局限性。该技术的进步为植物生理研究提供了前所未有的精确度，使科研人员能够持续监测光合作用期间叶片的水分状况，从而更全面地掌握生态系统健康。
研究团队指出，叶片中的水分含量是评估植被“活性燃料含水量”的关键指标，而这一参数正是预测野火风险的重要依据。当前测量手段往往繁琐且具有破坏性，而新传感器的出现将大幅提升数据采集效率。
该电子纹身不仅具备高灵敏度，还具有类神经突触的功能，能够在数据收集点完成初步处理和分析。这减少了将数据传输至外部处理器的需求，从而降低了整体系统的能耗。
在低功耗方面，该传感器每次电导率更新仅需23阿托焦耳（aJ）能量，读取数据的功率低至0.23微瓦。这意味着，通过一块中等规模的太阳能电池板，即可为数百万个设备同时供电，非常适合在农田或森林中大规模部署。
研究团队表示，这项技术在农业、水资源管理和粮食安全领域均具有巨大潜力。除了帮助预测野火，它还可用于优化灌溉策略、提高作物产量，并增强对干旱等环境压力的响应能力。
传感器的工作原理依赖于植物细胞内离子的迁移。当传感器贴附于叶片时，叶片内的离子会因水分含量的变化而向传感器迁移或远离，从而改变其导电性能。这种电导变化直接反映叶片的含水量变化。
这一创新成果源于德州大学一项促进跨学科合作的研究项目。最初，研究团队专注于石墨烯在质子运动探测中的应用，但本科生Maya Borowicz提出将其应用于植物监测的想法，从而开启了这项研究。
通过德州大学的交叉合作计划，研究员让·安妮·英科维亚（Jean-Anne Incorvia）与地球科学领域的专家阿什利·马塞尼（Ashley Matheny）建立了合作关系。马塞尼的研究重点是植被、土壤与水资源之间的关系，特别是在干旱、野火等极端环境下的作用机制。
双方的研究方向高度互补，英科维亚的传感器技术与马塞尼此前在木材与土壤水分方面的成果相结合，有望提升对森林火灾风险的预测精度。
“如果我们能准确掌握叶片的水分状况，就能更可靠地推断木材的含水率，”马塞尼表示，“这将帮助我们从微观到宏观层面全面评估生态系统所面临的风险。如果出现点火事件，我们就能更好地预判森林可能的反应。”
该研究成果发表于《Nano Letters》（2026），题为《用于植物水分监测的石墨烯传感器内计算装置》（*Graphene In-Device Computation for Plant Hydration Monitoring*），DOI：10.1021/acs.nanolett.5c05507。
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