耐水奈米薄膜電極協助早期監測作物健康訊號

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農學報導

耐水奈米薄膜電極協助早期監測作物健康訊號

刊登日：115/09/15

文章來源 : 農業科技新脈動 2026-09-15

植物生物電位作為作物健康監測訊號

　　氣候變遷與農藥抗性等問題，使作物生產面臨更多不確定性。若能在作物健康問題造成不可逆傷害前，提早掌握植物生理變化，將有助於農民及早採取管理措施，降低產量損失。植物在受到外界壓力時，會出現可被量測的生物電位變化，因此，透過葉片偵測相關訊號，已成為智慧農業中具發展潛力的作物健康監測方式。

葉片電極在田間應用的限制

　　葉片電極要實際應用於農業場域，仍面臨多項限制。例如電極不透明，可能影響葉片進行光合作用；材料耐水性不足，則難以承受露水、降雨或長期田間環境。此外，大豆、番茄與茄子等具經濟價值的作物，葉面具有細小毛狀構造，即表皮毛（trichomes）。若電極僅覆蓋在葉面上，可能干擾表皮毛功能，甚至影響葉片正常生理狀態。這些限制使現有葉片電極尚難廣泛導入長期、穩定且非破壞性的作物監測。

奈米薄膜電極如何貼合葉片表面

　　為解決上述問題，日本東京科學大學（Institute of Science Tokyo）研究團隊開發一種透明、耐水且可長期貼附於葉片表面的奈米薄膜電極。該電極由具導電性的單壁奈米碳管（single-walled carbon nanotubes）與柔性彈性材料組成，厚度僅約70至320奈米，可貼合葉片表面的細微結構，且不需使用額外黏著劑。研究團隊發現，當電極厚度約為70奈米時，葉片表皮毛可穿透薄膜，使電極直接貼近葉片表皮，形成穩定電性接觸，同時不明顯干擾表皮毛與葉片功能。

　　測試結果顯示，奈米薄膜電極具高度透明性，可讓超過80%的入射光穿透，使葉片光合作用維持正常。電極也能連續數週記錄植物生物電訊號；部分試驗中，裝置可貼附並維持功能長達10個月，且未觀察到明顯傷害。研究團隊也以模擬降雨條件測試電極耐久性，結果顯示，與接觸水分後容易失效的水凝膠感測器相比，該奈米碳管電極在水分環境下仍可維持貼附並持續記錄電訊號。

除草劑壓力如何反映於植物電訊號

　　在應用測試方面，研究團隊將電極貼附於受到除草劑傷害的葉片上，並觀察光照相關的生物電位波形變化。結果顯示，植物在可見症狀出現前，其電訊號已有變化，可作為偵測除草劑造成之化學壓力之參考。由於植物電訊號通常先於外觀症狀發生變化，這類電極未來若能進一步整合感測網絡與資料分析系統，可作為農業場域早期偵測作物壓力反應之技術基礎。