식물 스트레스 비파괴 모니터링

기존 작물 스트레스 분석법은 파괴적이고 노동 집약적이며 연속 모니터링에 부적합하여, 작물 생리 상태의 시의적절한 정량화에 어려움이 있었습니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 스마트폰 기반 데이터 수집이 가능한 마이크로니들 기반 전기화학 바이오센싱 플랫폼을 개발했습니다. 이 플랫폼은 세 가지 혁신적인 설계를 통합합니다. 첫째, 수액 접근을 위한 완전히 통합된 속이 빈 마이크로니들-미세유체 측정 경로를 제공합니다. 둘째, 금속 전극을 조직과 직접 접촉하지 않도록 물리적으로 분리하여 삽입 부위의 마모를 줄이고 생체 적합성을 향상시켰습니다. 셋째, 적층 제조된 기판 위에 리소그래피 없이 모듈형 변환기를 제작했습니다. 이 플랫폼은 나노구조 환원 그래핀 옥사이드(rGO)-키토산 층으로 개질된 3전극 금(Au) 변환기로 구성됩니다. 개발된 바이오센싱 플랫폼은 글루코스 산화효소(GOx)와 서양고추냉이 과산화효소(HRP)를 기능화하여 글루코스와 물 스트레스 관련 과산화수소(H2O2)를 동시에 감지하는 이중 채널을 구현했습니다. 글루코스 채널은 높은 선형성과 감도(62.34 μA/mM), 낮은 검출 한계(102.50 μM)를 보였으며, H2O2 채널 또한 우수한 선형성과 감도(3.65 μA/decade), 낮은 검출 한계(3.22 μM)를 나타냈습니다. 두 채널 모두 높은 반복성(CV 1%대)을 입증했습니다. 식물 수액에서의 체외 측정 및 상업용 분석법과의 비교를 통해 분석물 농도 결정의 유효성을 확인했습니다. 다양한 급수 조건에서 재배된 옥수수 식물에 대한 체내 측정 결과, 통계적으로 유의미한 처리 효과를 관찰하여 본 플랫폼이 작물 스트레스를 비파괴적으로 추적할 수 있음을 입증했습니다. 이 기술은 농업 생산성 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.