Paul M. Rady機(jī)械工程系對(duì)可生物降解傳感器的新研究可能會(huì)改變農(nóng)民實(shí)時(shí)跟蹤，測(cè)量和響應(yīng)土壤微生物活動(dòng)的方式，這對(duì)解決全球溫室氣體排放問(wèn)題具有重大意義。

這項(xiàng)工作最近發(fā)表在Advanced Science上，由Madhur Atreya(MechEngr'22博士)和CU Boulder的Greg Whiting和Jason Neff教授領(lǐng)導(dǎo)。它描述了一個(gè)廉價(jià)且易于打印的傳感器如何通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤其自身的分解來(lái)測(cè)量土壤健康狀況 - 所有這些都對(duì)外部環(huán)境幾乎沒(méi)有影響，并且通過(guò)使用易于獲得的電子設(shè)備。

“一個(gè)物體的退化，無(wú)論是我們的新型傳感器還是生銹的舊車(chē)，都可以告訴你一個(gè)關(guān)于它環(huán)境的故事。在本文中，我們表明，一個(gè)簡(jiǎn)單的可生物降解裝置在土壤中失效的方式可以告訴我們一些關(guān)于土壤微生物活動(dòng)的信息，這在各種情況下都是有用的，“Atreya說(shuō)。

全球超過(guò)三分之一的土壤已經(jīng)枯竭，這導(dǎo)致化肥使用量增加，進(jìn)而導(dǎo)致溫室氣體排放增加。Atreya說(shuō)，具體了解一個(gè)地區(qū)的肥料使用量或土壤的整體健康狀況對(duì)于改善農(nóng)業(yè)供應(yīng)和可能減緩保護(hù)工作中生物多樣性的喪失至關(guān)重要，但傳統(tǒng)上很難實(shí)現(xiàn)。

這部分是因?yàn)楂@得相關(guān)指標(biāo)需要去除土壤并將其運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。這需要時(shí)間，樣品和現(xiàn)場(chǎng)中的微生物含量可能會(huì)在兩者之間發(fā)生變化。Atreya說(shuō)，收集此類(lèi)信息的其他方法要么同樣是勞動(dòng)密集型的，要么缺乏團(tuán)隊(duì)試圖實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)報(bào)告和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方面。

“有兩個(gè)現(xiàn)有的計(jì)劃 - 茶包指數(shù)和土壤你的內(nèi)衣 - 鼓勵(lì)世界各地的人們將物品埋在土壤中，并定量或定性地監(jiān)測(cè)其物理分解，以了解周?chē)耐寥澜】禒顩r，”他說(shuō)。“你可以把我們的新傳感器看作是這種方法的電子版本。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在專(zhuān)注于提高其傳感器的可制造性和耐用性。

“我們正在探索其他材料，我們可以用來(lái)制造可能更好的類(lèi)似傳感器，并針對(duì)更具體的土壤微生物/酶活性，”他說(shuō)。“我們最近還獲得了能源部ARPA-E計(jì)劃的新資助，這將使我們能夠探索土壤氮循環(huán)的各個(gè)方面。

Atreya在來(lái)到CU Boulder獲得博士學(xué)位之前曾在工業(yè)界擔(dān)任設(shè)計(jì)工程師。他于2022年夏天畢業(yè)，目前在懷廷擔(dān)任博士后研究員。

“我對(duì)可持續(xù)設(shè)計(jì)感興趣已經(jīng)有一段時(shí)間了，但從未想過(guò)我會(huì)從事印刷可生物降解電子產(chǎn)品的工作，”他說(shuō)。“土壤非常復(fù)雜，每批土壤都可能有所不同。幸運(yùn)的是，我有一個(gè)由工程和整個(gè)校園的土壤和聚合物專(zhuān)家組成的偉大團(tuán)隊(duì)，一路幫助和指導(dǎo)我。