近日，江西科技师范大学化学学部柔性电子创新研究院卢宝阳教授课题组在化学领域Top期刊《Carbohydrate Polymers》上发表了题为“Ultrasoft, anti-dehydrated, and highly stretchable carboxymethylcellulose-based organohydrogel strain sensors for non-invasive real-time plant growth monitoring”的研究成果。

应变传感器作为直接测量植物生长的有效工具，能够实时监测植物动态生长过程，有效推进了农业向精准化和智能化发展。然而，现有植物应变传感器与植物组织间存在明显的机械不匹配和差的界面相容性，导致原位监测数据不精确和不稳定。

本研究提出了甘油诱导氢键增强策略，开发了一种新型超柔软、抗脱水且高度可拉伸的有机水凝胶应变传感器（UASOH）。该策略通过引入甘油/水二元溶剂体系，增强聚丙烯酰胺（PAM）与羧甲基纤维素（CMC）在二元溶剂体系中的氢键结合能，随后金属钙离子（Ca²⁺）与羧甲基纤维素（CMC）耦合，同步提升了水凝胶结构稳定性和离子电导率。所制备得UASOH具有低杨氏模量（18 kPa）、出色的拉伸性（1448%）和出色的保水能力（50天后仍保持82%的含水量），可实现无缝接触和对植物组织的长期监测。与以报道的研究结果相比，基于UASOH的应变传感器展现出超宽的拉伸范围（0-900%）和高灵敏度（应变系数6.18）等更为突出的性能。与此同时，我们进一步将制备的传感器与蓝牙模块集成，开发一种无线传感系统，用于在理想和非生物胁迫条件下进行非侵入性原位植物生长监测。这种基于UASOH的高性能应变传感器及其集成的无线传感系统在实际种植物监测应用中显示出巨大的潜力。

图1 UASOH植物应变传感器的设计及植物生长监测系统的构建

本论文第一作者为江西科技师范大学柔性电子创新研究院2021级研究生王莉娜，通讯作者为江西科技师范大学卢宝阳教授。该研究得到国家自然科学基金（52473179）、江西省重点研发计划（20223BBE51023）、江西省自然科学基金（20232ACB204002，20232BAB202044）、柔性电子江西省重点实验室（20242BCC32010）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123753