미국 과학자들이 식물의 잎에 인쇄 가능한 센서 제작에 성공했다고 보고했다. 이를 이용하면 식물에게 물이 부족한지 여부를 쉽게 알 수 있다. 이런 류의 기술은 소월해지기 쉬운 관엽 식물을 보살필 때 뿐 아니라, 농부들에게는 농작물이 위험에 처해 있을 때 조기 경보를 해 줄 수 있다는 점에서 더욱 중요하다고 연구진은 주장했다. 관련 연구는 Lab on a Chip (2017) (DOI: 10.1039/C7LC00930E)에 게재되었다.
이번 연구를 주도한 MIT 대학의 Michael Strano 교수는 “이번에 개발된 센서는 농업 분야에서 초기에 가뭄 지표를 제공하는데 사용될 수 있다”라고 주장했다. 왜냐하면 이런 정보를 얻을 수 있는 다른 방법이 거의 없기 때문이다. 연구팀은 이번에 개발한 센서를 농작물에 적용하기 위해 이미 대규모 농업 생산업체와 협력하고 있다고 밝혔다. 이 센서는 정원사 및 도시 농민들에게 유용한 정보를 제공해 줄 것이며, 나아가 가뭄에 강한 식물을 만드는 새로운 방법을 개발하는데도 도움이 될 것이라고 연구진은 주장했다.
[인쇄 가능한 센서]
토양이 마르면 식물은 성장을 늦추고, 광합성 활동을 줄이게 되고, 조직은 손상을 입게 된다. 일부 식물은 시들기 시작하지만, 일부는 심각한 피해를 입을 때까지 눈에 보이는 징후가 나타나지 않는다.
식물의 기공은 빛에 노출되었을 때 열리고, 어두울 때는 닫힌다는 사실은 이미 잘 알려져 있다. 또한 기공은 이산화탄소 농도와 가뭄에도 반응하는 것으로 알려져 있었다. 그러나 이런 기공의 개폐 운동은 실시간으로 측정할 수 없는 방법이 거의 없는 상태였다.
MIT 연구진은 센서를 만들기 위해, 나노튜브로 만든 잉크를 사용했다고 밝혔다. 튜브는 기공을 손상시키지 않는 나트륨 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate)라는 유기 화합물에 녹였다. 이렇게 만들어진 잉크는 기공을 가로질러 인쇄해서 전자 회로를 만들었다. 기공이 닫히면 전류가 흐르고, 기공이 열리면 회로가 끊어지면서 전류 흐름이 멈추게 된다. 이런 전류 흐름은 멀티미터(multimeter)라고 불리는 기기를 이용하면 정밀하게 측정할 수 있다.
연구진은 정상적인 상황과 건조 조건에서 기공의 개폐를 며칠 동안 측정했는데, 식물은 이틀 안에 수분 스트레스를 경험하게 된다는 것을 감지할 수 있었다고 보고했다. 연구팀은 기공이 빛에 노출된 후에 약 7분 후에 열리고, 어둠이 시작되면 53분 후에 기공이 닫힌다는 것을 발견했다. 하지만 건조한 상태에서는 반응 속도가 달려졌다는 것이다. 식물이 건조한 상태에 있을 때 기공이 열리는 시간은 약 25분이 소요되었고, 닫히는 시간은 45분 정도 소요되었다고 보고했다.
현재 연구진은 잎 표면에 단순히 스티커를 부착해 전자 회로를 적용할 수 있는 새로운 방법을 연구하고 있다고 밝혔다. 이를 통해 기후 변화와 물 부족 및 환경 온도 변화에 대한 정보를 얻을 수 있어, 대규모 농업 생산사들외에도 원예사들, 도시 농민들에게도 관심이 있을 것이라고 말했다.
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