Сваке године амерички пољопривредници изгубе до 12 процената својих усјева на болести и још 12 процената на штеточине. Болести биљака чине милијарду долара изгубљене добити у пољопривредној индустрији.
Проблем је у томе што је биљне болести тешко уочити пре него што буде касно. Временом се појаве видљиви симптоми (на пример, венуће лишће, или промене боје) - болест је довољно напредовала да се не може излечити.
Али биљке обавештавају своју околину када су болесне или нападнуте, само не на начин који смо икада могли да разумемо у стварном времену - до сада. Тим инжењера под водством Гарија МцМурраиа, шефа одељења за технологију прераде хране на Георгиа Институте оф Тецхнологи (Георгиа Тецх), развио је методу за надгледање и декодирање тих порука како би фармери могли да идентификују и лече болести пре него што се унесу у коријен. Његова визија: роботско оружје које хвата и идентификује природне сигнале биљака у лету.
Све биљке производе природне сигнале, у облику испарљивих органских једињења (ВОЦ), да упозоравају околину шта их напада. МцМурраи-ов систем хвата та једињења користећи минијатурисану верзију гасног хроматографа (званог микро ГЦ). Уређаји, који су првобитно развијени почетком 20. века, користе се за одвајање хемикалија унутар сложених узорака - у случају МцМурраи, гасова које биљка испушта. Док се гас загрева и пролази кроз колону, а електронски сензор детектира једињења која узорак садржи.
Нема штипања или брисања узорака и покретања натраг у лабораторију на анализу - процес који може потрајати данима или недељама. Све информације које су потребне микро ГЦ-у налазе се у ваздуху, што значи да би лечење болести или спашавање биљака од њих могло добити много брже.
Примене за гасну хроматографију протежу се далеко изван усева. На пример, Министарство за унутрашњу безбедност користи их за откривање одређених врста гасова и опасних хемикалија. А истраживачи их такође користе за претрагу одређених врста пробавних болести код људи.
Традиционално, хроматографи су били велики уређаји дужине од 3 до 10 метара; напредак наноматеријала и производње омогућио је МцМурраи-у да створи онај величине 8-волтних батерија.
„Ово никада не бисмо могли да изградимо; чак пре пет година то не би било могуће “, каже он.
МцМурраи микро ГЦ могао би се монтирати на роботску руку на постојећој пољопривредној опреми, као што су трактор или плуг. Рука би држала уређај изнад лишћа биљке и скупљала узорке ваздуха. Мали рачунар, не моћнији од основног лаптопа или иПхоне-а, може потом обрађивати податке из узорака како би идентификовао било какве патогене; брзо испирање хелијума припрема сензор за процену његовог следећег узорка.
Будући да су тако мали, „[ми] можемо изградити више микро ГЦ-а на једном роботу“, каже МцМурраи. "Могу имати 10, 20, чак 100 њих на једном трактору."
То значи да би један трактор могао истовремено сакупљати узорке са стабљика, корјена и пупољака.
Систем микро ГЦ такође се може користити за скрининг све наше хране - од воћа до поврћа и житарица - на болести.
„Свјежи производи који се испоручују широм света могу носити разне штеточине или болести. Ако имате некакав сензор који се може активирати на терену или мобилни, могли бисте открити ВОЦ који силазе из постројења “, постулира МцМурраи. "То би могло да реши неке веома велике проблеме."
Тим тренутно завршава лабораторијско тестирање микро ГЦ-а како би били сигурни да су његови резултати у складу са резултатима већих хроматографија. У августу или септембру извешће свој први теренски тест у коме ће истраживач проћи микро ГЦ кроз поља брескве како би тестирао коријен трулежи брескве.
Иако ће се почетни тест фокусирати на специфичну болест, гасна хроматографија може истовремено прегледати на десетине патогена, што га такође разликује од других приступа, каже МцМурраи.
Чак и уз технологију, биљни патолози ће и даље морати да мапирају емисије ХОС-а повезане са одређеним плановима и одређеним болестима.
Постројења чија емисија ХОС-а је већ добро документована имат ће увећање када се покреће микро ГЦ скрининг; другима ће бити потребно више времена и истраживања како би се дијагностиковало и лечило. "Патоген који смо изабрали, о коме нико ништа не зна", каже МцМурраи, "али на пример, много се зна о одређеним гљивама."
Али, Георгиа Тецх мицро ГЦ је важна прекретница у употребљивости и скалабилности, каже МцМурраи.
"Оно што мислимо да је јединствено", каже МцМурраи, "ови нови производни процеси отварају потпуно нову еру сензора."
