新出现的由微生物或环境引起的植物病害威胁着全世界的作物生产力，导致作物损失严重。为了提高植物产量，学者们最近开发了几种能够检测植物生长中这些有害因数的新传感器技术。然而，这些技术在实际应用中存在局限性，包括非连续监测、检测灵敏度/特异性低、信号转换复杂以及对植物病害的预测或早期诊断的检测能力有限。因此，人们迫切地需要能够实时监测、跟踪和预测植物健康状况的新方法，以便在压力环境下及时优化和调整植物生长。为此，北卡罗来纳州立大学Giwon Lee博士、魏青山教授和朱勇教授总结了可穿戴植物传感器的最新进展。该工作以题目“ Emerging Wearable Sensors for Plant Health Monitoring”发表在期刊《 Advanced Functional Materials》上（DOI: 10.1002/adfm.202106475）。

2.活植物上的可穿戴传感器

植物生长，包括光合作用、蒸腾作用和呼吸作用，是维持植物健康的基本过程。 在植物生长过程中，植物需要通过在生物和非生物胁迫条件下向空气中排放多种类型的气体来调节植物的生理并与周围环境进行交流。 为了使植物保持健康状态，实时监测影响植物生长的因素十分必要（图 1）。

图 1. 用于植物健康实时监测的可穿戴植物传感器。

2.1 植物生长传感器

植物生长的特征在于机械变形，例如身体部位的膨胀或伸长。 为了测量机械变形，最近国内外课题组开发了许多基于不同信号转换机制（例如，压阻、电容和压电）的应变传感器（图 2）。

图 2. 通过检测植物不同组织变形或膨胀来跟踪物理生长的可穿戴传感器。

2.2 植物生理与植物周围微气候传感器

植物生理学研究植物功能和行为，如光合作用、蒸腾作用和呼吸作用，以及植物与其周围环境之间的交流。 可穿戴植物传感器对于捕捉实时植物功能的变化非常有价值（图 3）。 对于植物而言，湿度、温度或光照等植物周围微气候在维持植物健康方面也发挥着重要作用。

图 3. 基于光学、电容或电阻操作机制的植物生理学和植物周围微气候的传感器。

2.3. 可穿戴VOC和化学传感器

植物是易受化学压力影响的生物体，空气污染物（例如，氮氧化物 （NO x） 或臭氧 （O 3））或过度使用杀虫剂会影响其代谢功能。 当这些有毒物质接近植物时，植物会通过向大气释放挥发性有机化合物（VOC）和过氧化氢（H 2O 2）（植物宿主的信息分子）来做出反应并发出信号。 对此，已经有学者开发出多种可穿戴化学传感器来分析植物 VOC 排放或有毒化学物质并无创监测植物健康（图 4 和 5）。

图 4. 用于监测 NO2、O3和农药的植物化学传感器。

图 5. 用于监测 植物VOC 和 H2O2 的可穿戴传感器。

2.4. 多功能植物可穿戴传感器

除了单一刺激响应传感器，可以同时监测多个参数的多功能传感器，如微气候、植物生长和生理状态，也受到了极大的关注。 这样的集成传感器系统可以满足对植物健康状态进行全面监测的需求（图6）。

图 6. 能够检测多种刺激的多功能植物传感器。