可植入离子选择性有机电化学晶体管实现植物体内钾离子浓度的连续长期监测

这篇综述介绍了创新性的离子选择性有机电化学晶体管（IS-OECT）技术，通过植入松树木质部实现钾离子（K+）浓度的实时监测。该传感器具有超高灵敏度（215 μA dec?1）和稳定性（持续工作5周），为植物生理研究和精准农业提供了突破性工具。

　　

可植入离子选择性有机电化学晶体管实现植物体内连续监测

传感器结构与特性

研究团队开发了基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）通道的柔性IS-OECT传感器。该器件采用聚氯乙烯（PVC）离子选择性膜（ISM）结合聚苯乙烯磺酸钠（PSSNa）固态电解质层，在10^?5至10^?1 M范围内对K⁺表现出215 μA dec^?1的灵敏度，对Na⁺/Ca²⁺/Mg²⁺的选择性系数超过1000倍。人工树液测试验证了6秒的快速响应时间和优异的可逆性。

体内验证与生理发现

在辐射松（Pinus radiata）木质部植入传感器后，研究首次捕捉到K⁺浓度的双模式节律：光照期呈现午间峰值（日均波动2.5 mM），夜间则出现扩张相关高峰。通过双传感器间距实验，测得K⁺在木质部的上行流速为1-2 m h^?1，与针叶树典型输运速率一致。根部水培实验显示，当培养液K⁺浓度超过40 mM时，木质部K⁺浓度会饱和于18 mM。

长期性能与伤口响应

持续47天的监测揭示了传感器性能衰减始于第6周，显微观察表明植入2个月后愈伤组织才开始形成物理隔离。松树特有的树脂分泌反应在植入初期（2周）即出现，但未影响传感器功能。该技术成功扩展到葡萄藤（Vitis vinifera）等经济作物，显示出调控K⁺浓度的独特生理模式。

技术优势与应用前景

相比传统质谱分析法，IS-OECT实现了：1）非破坏性连续监测；2）低成本光刻-free制造工艺；3）多离子同步检测潜力。未来通过集成pH/NO₃^?/Na⁺等多参数传感，可进一步揭示离子平衡与胁迫响应的关联机制，为精准林业和智慧农业提供关键技术支撑。