新型便携式设备可检测植物发出的光以测量其健康状况

当植物健康时，它们会发出肉眼几乎看不到的红光，但使用约克大学开发的新仪器，现在无论是在实验室还是在野外都可以测量这种光。

虽然说健康的植物会发光听起来像是科幻小说，但这种延迟荧光来自于从太阳吸收的光，与植物的光合作用活动和健康有关。植物在吸收闪光后会发出这种光。

“我们可以通过植物发出的红光的强度来判断植物的健康程度。光线越弱，植物的健康状况就越差，”约克科学学院生物物理学副教授OzzyMermut说。“你不能总是通过观察来判断植物的健康状况。在你测试之前，它通常看起来是绿色和健康的。”

这就是Mermut和York化学教授WilliamPietro设计的新型高灵敏度便携式生物传感器的用武之地。“我们开发了一种可以捕获植物发出的低强度光的设备，”Pietro说。

该工具是一种支持SiPM(固态硅光电倍增管)的便携式延迟荧光光子计数设备，集成了简单LED的即插即用激发功能，可轻松远程部署。这使该设备能够帮助测量植物的健康和可持续性，尤其是那些受到CO2排放、温室气体和极端天气事件压力的植物，并评估工业化的影响。它不仅可以在实验室中使用，而且由于它只有一个公文包那么大，所以可以很容易地从一个地方带到另一个地方，无论是在萨斯喀彻温省的庄稼(Mermut的故乡)、加拿大各地的受保护土著土地，还是巴西。

“这个结果可以告诉我们植物在各种环境条件下的反应，包括干旱、热和冷冲击压力或洪水过后。它以一种强大的新方式做到这一点，使我们能够直接研究这种植物排放现象领域。它非常敏感，可以计算从植物发出的单个光子、光粒子，”Pietro说。

即使在几年前，这也是不可能的。该技术太大，一点也不便携，复杂且昂贵，直到现在，所有这些都阻碍了基于现场的研究。Mermut和Pietro希望其他研究人员也能开始在他们的研究中使用该仪器，也许是为了研究气候变化随时间变化对植物的影响。

未来，他们希望将设备安装在无人机上，这样它就可以飞越热带雨林、保护区和农田——这可能有助于农民解决粮食安全问题——以衡量他们的健康状况以及它如何随时间或对环境压力因素的反应而变化.

“这非常重要，因为大约20%的氧气是由巴西雨林产生的，”Mermut说，他在为全球健康应用和空间生命科学研究创造可远程部署的医疗设备方面拥有丰富的经验。“你可以想象这种技术在未来会变得多么有用，不仅对植物，对人类也是如此。”

研究人员在生物传感器杂志的特刊中发表了他们的概念验证研究，“一种启用SiPM的便携式延迟荧光光子计数设备：气候植物胁迫生物传感”——基于光子学的(生物)传感器促进健康的星球。

他们已经在物理和天文学系的生物物理学本科课程中教授学生有关概念以及如何使用MiBAR实验室中的研究设备，他们可以在温室中模拟自然界中发现的压力，以查看对环境的影响各种植物。

这是一个例子，说明前沿研究不仅在课堂上立即得到应用，而且在野外得到应用。