[发明专利]一种检测植物活性小分子的传感器和制备方法

说明书

本发明涉及一种检测植物活性小分子的传感器和制备方法，该传感器包括：微针阵列电极，其用于检测植物活性小分子浓度；透明柔性衬底，其一侧具有固定所述微针阵列电极的凹槽；透明柔性薄膜，其固定于所述透明柔性衬底远离所述凹槽的另一侧；多个信号传导电路，其布置于所述透明柔性衬底和透明柔性薄膜间，并且每一所述信号传导电路穿过所述透明柔性衬底与所述微针阵列电极连接。本发明可以贴附于植物的叶片、茎等表面，起到传感和固定的双重功能，并且可以使得可见光透过传感器照射至植物表面。

技术领域

本发明属于植物传感器领域，尤其涉及一种检测植物活性小分子的传感器和制备方法。

背景技术

根际微生物在植物生长过程中意义重大，且相当种类的根际微生物对于植物生长有益。如豆类蔬菜能与对应的根瘤菌进行共生固氮作用，从而减少氮肥的投入，使得豆类蔬菜不但在蔬菜供应中占据重要地位，为农民带来巨大的经济价值，而且能为减少农业面源污染做出实质性的贡献。

根际微生物对植物促生和胁迫的不同响应机制，会在激素等水平上反馈出来。然而目前的标准检测方法都是破坏植物样本的离体检测，仅能反应某一时间点的静态浓度或累积效应。并且大部分的研究集中在构建比表面积大的纳米结构、合成新的催化材料和进行离体检测，而对植物小分子的动态、在体检测较少涉及，难以为相关研究和精准农业的实践提供实时动态的信息支撑。可以预见，未来植物传感器和传感系统会朝着微型化、智能化、在体实时检测等方向发展，这是一个崭新的研究领域，也是精准农业必由之路。

传统的植物激素等活性小分子的检测方法属于离体检测，需要昂贵的仪器和复杂的样品制备过程，采集往往造成了植物体的损伤甚至死亡，而且得到的数据只能反映的是静态结果和累积效应。植物激素等小分子在植物体内含量低而且容易被分解，如何对它们进行简便、快速和准确的测定一直是学界寻求重大创新与突破的课题。

近年来，随着生物电子工程技术的飞速发展，尤其是借助微纳技术的进展，为新型植物传感器件的开发提供了巨大的潜能。目前，基于微纳技术开发的智能传感器件已在植物健康状态监测、植物响应调制等应用领域进行了一些探索性研究。然而现有的传感器件多为贴敷于植物表皮，仅能检测表皮温湿度等植株-环境界面处的信息，而难以检测植株茎叶等器官的内部生物信号，如活性小分子浓度水平等。另外，现有的传感器具有可穿透植物表皮的功能，其直接同组织液接触实现生物传感，然而其多数基于动物透皮传感需求开发，直接套用至植物传感时仍存在诸多待解决问题，如电极阵列由于非柔性的特点，导致其不适合植物较为轻薄的叶和弯曲的茎，又如动物透皮传感对传感电极生物安全性要求较高，而植物透皮传感则对可靠性如耐高温/高湿环境、耐阳光直射以及传感器透明度(不阻碍茎叶的光合作用)要求较高。因此，现阶段的植物传感器仍存在较大缺陷。综上，开发一种实时、在体的用于植物透皮传感的传感器，支持植物体内激素时空分布和变化的基础研究和精准农业的发展，具有重要的科研和产业价值。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种针对植物茎、叶使用的柔性微针阵列电极传感器，可以贴附于植物的叶片、茎等表面，起到传感和固定的双重功能，并且可以使得可见光透过传感器照射至植物表面。

第一方面，本发明提供一种检测植物活性小分子的传感器，包括：

微针阵列电极，其用于检测植物活性小分子浓度；

透明柔性衬底，其一侧具有固定所述微针阵列电极的凹槽；

透明柔性薄膜，其固定于所述透明柔性衬底远离所述凹槽的另一侧；

多个信号传导电路，其布置于所述透明柔性衬底和透明柔性薄膜间，并且每一所述信号传导电路穿过所述透明柔性衬底与所述微针阵列电极连接。

其中，所述微针阵列电极包括构成电化学三电极传感体系的工作电极、对电极和参比电极。

第二方面，本发明还提供一种制备如权利要求1所述传感器的方法，所述微针阵列电极采用以下方法制备：