11 februari 2021

Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat biosensorer som gör det möjligt att övervaka sockernivåerna i växters vävnad i realtid – något som hittills inte varit möjligt. Informationen från sensorerna skulle kunna hjälpa jordbruket att anpassa produktionen för att klara klimatförändringarna.

Chiara Diacci installerar en biosensor i växthuset på labbet för elektroniska växter.
Chiara Diacci, doktorand vid Laboratoriet för organisk elektronik, är huvudförfattare av artikeln som nu publiceras i iScience. Här sätter hon in biosensorn i en ung aspplanta. Fotograf: THOR BALKHED

Majoriteten av jordens befolkning livnär sig i första hand på växter som också utgör basen för hela det ekosystem vi är beroende av. Samtidigt blir vi fler människor och snabba klimatförändringar ändrar förutsättningarna för odling och jordbruk.

– Vi måste säkerställa tillgången på mat de kommande decennierna. Och det måste vi göra med samma, eller till och med mindre resurser än i dag. Därför är det viktigt att förstå hur växter reagerar på, och anpassar sig till förändringar i livsmiljön, säger Eleni Stavrinidou, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik på institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet, LiU.

Sensorer som mäter socker

Forskargruppen vid LiU, ledd av Eleni Stavrinidou, har tillsammans med Totte Niittyläs forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre, utvecklat sensorer som är baserade på organiska elektrokemiska transistorer. Biosensorerna kan implanteras i växter och kontinuerligt mäta sockernivån i upp till två dagar för att ge information om tillväxt och andra biologiska processer. Socker är energikällan i växter, men också viktiga signalsubstanser som påverkar utveckling och växtens respons på förändringar i livsmiljön.

Biosensor implanterad i stammen på en växt.Sensorn är baserad på organiska elektrokemiska transistorer. Foto THOR BALKHEDBiosensorer som håller koll på sockernivån hos människor finns redan på marknaden i form av blodsockermätare som främst används av diabetiker. Men samma typ av teknik har hittills inte tillämpats på växter.

– Just nu används sensorerna för grundforskning på växter men i framtiden kan de användas inom jordbruket för att optimera förutsättningarna för tillväxt eller övervaka kvalitén på produkten. På sikt kan informationen också användas för att ta fram nya växtslag som växer under icke-optimala förhållanden, säger Eleni Stavrinidou.

Växternas mysterium klarnar

Regleringen av växternas ämnesomsättning och hur sockernivåernas variation påverkar tillväxten är fortfarande relativt okänt. Tidigare försök har gjorts med metoder där delar av växten skärs bort för att undersökas. Men med hjälp av den nyutvecklade biosensorn kan forskarna få information utan att skada växten och därmed lägga ytterligare en bit till pusslet om växternas ämnesomsättning.

– I våra försök hittade vi en variation i sockernivåer hos träd som inte hade observerats tidigare. Framtida studier kommer fokusera på att försöka förstå hur växternas sockernivå ändras när de utsätts för förändringar i livsmiljön, säger Eleni Stavrinidou.

Projektet finansierades av EU:s ramprogram Horizon 2020 samt Wallenberg Wood Science Center, Stiftelsen för Strategisk Forskning, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Vetenskapsrådet och via den svenska strategiska satsningen på nya funktionella material, AFM, som bedrivs vid Linköpings universitet.

Fotnot: Växten som används i försöken är aspplantor (Populus tremula).

Artikeln: Diurnal in Vivo Xylem Sap Glucose and Sucrose Monitoring Using Implantable Organic Electrochemical Transistor Sensors Chiara Diacci, Tayebeh Abedi, Jeewoong Lee, Erik O. Gabrielsson, Magnus Berggren, Daniel T. Simon, Totte Niittylä, Eleni Stavrinidou iScience 2020 doi: 10.1016/j.isci.2020.101966

Forskning på högsta nivå

Avancerade funktionella material - AFM

Avancerade funktionella material, AFM, är en  interdisciplinär forskningsmiljö som bedriver forskning inom avancerade funktionella material. Initiativet baseras på en satsning från regeringen med strategiska forskningsområden som grund.

Fler nyheter från AFM

Forskare håller en lysande glasplatta i pincett.

Framtidens lysdioder är billiga och miljövänliga

Kostnad, teknisk prestanda och miljöpåverkan – det är de tre viktigaste aspekterna för att en ny typ av lysdiodsteknik ska få brett kommersiellt genomslag på i samhället. Det har LiU-forskare kommit fram till i ett tvärvetenskapligt samarbete.

En bägare fylld med vatten där en liten solcell löses upp.

Nästa generations solcell är helt återvinningsbar

I en studie publicerad i Nature har forskare vid LiU utvecklat en metod för att återvinna alla delar av en solcell upprepade gånger utan miljöfarliga lösningsmedel. Den återvunna solcellen har samma effektivitet som den ursprungliga.

Person i skyddskläder vid ett mikroskop.

Enskild cell kan kopplas till elektroder av plast

Forskare vid LiU har lyckats skapa en nära koppling mellan enskilda celler och organisk elektronik. Studien lägger grunden för att på sikt kunna behandla bland annat neurologiska sjukdomar med mycket hög precision.

Senaste nytt från LiU

Manlig forskare i campusmiljö.

Influencers behöver sin frihet i ny digital industri

Influencers behöver en viss frihet för att fungera, även om deras jobb sker i samarbete med något varumärke. Sociala medier utgör en ny typ av industri, men i utvecklingen av den är det viktigt att tänka på användarnas välmående

Från studentliv till framgång

Niclas Söör sög ut det göttigaste ur studentlivet vid LiU. Det formade karriären. Här fick han idén till Dospace, ett slags kontorshotell med nära 1 400 medlemmar på elva platser i Sverige.

Många studenter arbetar med att utveckla och finslipa sina egenbyggda bilar inför tävlingen

Studenter bygger och tävlar med egna fordon

Studenter på Linköpings universitet tar sig an en ingenjörsutmaning där de konstruerar och tävlar med egna fordon. Genom praktisk problemlösning och teknisk innovation sätts deras kunskaper på prov.