Az amerikai gazdálkodók évente termésük akár 12% -át betegség, további 12% -át kártevők elveszítik. A beteg növények milliárd dollár veszteséget eredményeznek a mezőgazdasági ágazatban.
A baj az, hogy a növényi betegségeket nehéz felismerni, mielőtt túl késő lenne. Idővel megjelennek látható tünetek - például kiszáradt levelek vagy elszíneződés - a betegség olyan előrehaladott, hogy kezelhetetlen legyen.
De a növények értesítik a környezetet, amikor betegek vagy támadás alatt állnak, csak nem olyan módon, ahogyan valaha is megértettük valós időben - eddig. Gary McMurray, a grúziai Technológiai Intézet (Georgia Tech) élelmiszer-feldolgozási technológiai részlegének vezetője, egy mérnöki csapat kidolgozott egy módszert ezen üzenetek megfigyelésére és dekódolására annak érdekében, hogy a gazdálkodók azonosítsák és kezeljék a betegségeket a gyökerek kialakulása előtt. Látása: robotkarok, amelyek menet közben rögzítik és azonosítják a növények természetes betegség jeleit.
Minden növény természetes jeleket bocsát ki illékony szerves vegyületek (VOC) formájában, hogy figyelmeztesse a környezetet arra, hogy mi támadja őket. A McMurray rendszer ezeket a vegyületeket egy gázkromatográf miniatürizált változatával (mikro GC-ként) rögzíti. Az eszközöket, amelyeket eredetileg a 20. század fordulóján fejlesztettek ki, a vegyi anyagok elválasztására használják összetett mintákban - McMurray esetében a növény által kibocsátott gázok. Ahogy a gázt melegítik, és áthaladnak egy oszlopon, és egy elektronikus érzékelő érzékeli a mintában levő vegyületeket.
Nincs becsípés vagy aprítás a mintákból, és visszavisszük őket a laboratóriumba elemzésre - ez egy folyamat, amely napokon vagy heteken át tarthat. A mikro-GC-hez szükséges összes információ a levegőben van, ami azt jelenti, hogy a betegségek kezelésére vagy a növények megmentésére tőlük sokkal gyorsabb lehet.
A gázkromatográfiás alkalmazás jóval túlmutat a növényeknél. Például a Belbiztonsági Minisztérium felhasználja ezeket bizonyos típusú gázok és veszélyes vegyi anyagok kimutatására. A kutatók ezeket is felhasználják az emésztőrendszer bizonyos típusú embereinek szűrésére.
A kromatográfok hagyományosan nagy eszközök voltak, bárhol 3-10 méter hosszúak; A nanoanyagok és a gyártás fejlődése lehetővé tette a McMurray számára, hogy egy 8 voltos akkumulátort készítsen.
„Soha nem tudhattuk volna ezt megépíteni; még öt évvel ezelőtt ez nem lett volna lehetséges - mondja.
A McMurray mikro-GC-jét fel lehet szerelni egy robotkarra meglévő mezőgazdasági felszerelésekre, például traktorra vagy ekere. A kar tartja a készüléket a növény levelei felett, és levegőmintákat gyűjt. Ezután egy kicsi számítógép, amely nem hatalmasabb, mint egy alapvető laptop vagy iPhone, feldolgozza a mintákból származó adatokat a kórokozók azonosításához; egy gyors héliumvíz előkészíti az érzékelőt a következő minta kiértékelésére.
Mivel annyira kicsik, "[felépíthetünk több mikro-GC-t egy robotra" - mondja McMurray. "10, 20, sőt akár 100 is lehet egy traktoron."
Ez azt jelenti, hogy egy traktor egyszerre gyűjthet mintákat szárból, gyökérből és rügyéből.
A mikro-GC rendszer felhasználható lenne az összes élelmünk - a gyümölcsöktől a zöldségekig és a gabonafélékig - betegségekre való szűrésére.
„A [földgömbön] körül szállított friss termékek különböző kártevők vagy betegségek hordozhatók. Ha van valamilyen mezőbe telepíthető vagy mobil érzékelő, akkor észlelheti a növényekből származó VOC-okat ”- állítja McMurray. "Megoldhat néhány nagyon nagy problémát."
A csapat jelenleg befejezi a mikro-GC laboratóriumi tesztelését, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az eredmények megegyeznek-e a nagyobb kromatográfiás eredményekkel. Augusztusban vagy szeptemberben elvégzik az első tesztüzemet, amelynek során egy kutató mikro-GC-vel jár az őszibarackmezőkön, hogy megvizsgálja a Peachtree Root Rot-ot.
Noha ez a kezdeti vizsgálat egy adott betegségre összpontosít, addig a gázkromatográfia egyszerre több tucat kórokozót képes kiszűrni, ami megkülönbözteti a többi megközelítést is, mondja McMurray.
A növénypatológusoknak még a technológiával együtt is meg kell térképezniük az egyes tervekhez és bizonyos betegségekhez kapcsolódó VOC-kibocsátásokat.
Azoknak a növényeknek, amelyek VOC-kibocsátása már jól dokumentálva van, lépést kell tenni, amikor a mikro-GC-szűrés megkezdődik; mások több időt és kutatást igényelnek a diagnosztizáláshoz és a kezeléshez. "A választott kórokozóról senki sem tud semmit" - mondja McMurray, "de például bizonyos gombákról sokat tudnak."
A Georgia Tech mikro-GC azonban fontos fordulópont a használhatóság és a skálázhatóság szempontjából - mondja McMurray.
"Amit véleményünk szerint egyedinek tekintünk" - mondja McMurray. "Ezek az új gyártási folyamatok egy teljesen új korszakot nyitnak az érzékelők számára."
