防止植物損傷并改善其健康狀況對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有技術(shù)在以非侵入性、快速周轉(zhuǎn)和負(fù)擔(dān)得起的方式提供結(jié)果方面遇到許多挑戰(zhàn)。微針作為當(dāng)前農(nóng)業(yè)技術(shù)的一種有前途的替代性綜合工具，為農(nóng)業(yè)檢測(cè)提供了新的策略。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近期，來(lái)自土耳其比爾肯特大學(xué)（Bilkent University）的Fatih Inci、Ismail E?團(tuán)隊(duì)綜述了微針技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，相關(guān)論文以“Microneedle technology as a new standpoint in agriculture: Treatment and sensing”為題發(fā)表在Materials Today期刊上。在該綜述中，作者主要討論了用于檢測(cè)必需化合物和次生代謝物的基于微針的傳感平臺(tái)，同時(shí)詳細(xì)闡述了通過(guò)微針遞送農(nóng)用化學(xué)品和納米治療藥物的最新進(jìn)展。

用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的微針技術(shù)

微針的概念于1976年首次提出，然而，由于微加工技術(shù)的局限性，直到1990年代末，它才被實(shí)驗(yàn)性地引入作為透皮給藥的替代工具。與傳統(tǒng)方法不同，微針的微創(chuàng)方式比傳統(tǒng)方法具有至關(guān)重要的優(yōu)勢(shì)，可以最大程度地減少插入時(shí)對(duì)植物健康的損害，并為原位應(yīng)用（尤其是在農(nóng)場(chǎng)）提供可重復(fù)使用性。

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)行業(yè)已開(kāi)始使用微納米技術(shù)治療植物病害、監(jiān)測(cè)植物健康以及檢測(cè)農(nóng)用化學(xué)品和病原體。然而，目前農(nóng)業(yè)中的治療、預(yù)防和生物傳感工具往往是侵入性的且無(wú)效的，依賴(lài)于農(nóng)用化學(xué)品或低效的生物標(biāo)志物捕獲。為了實(shí)現(xiàn)更有效、更精確、更快速的結(jié)果，微納米器件在制備材料和幾何形狀等方面需要進(jìn)行不斷的改進(jìn)。微針的結(jié)構(gòu)，包括其高度、基部直徑、縱橫比、曲率半徑和尖端角度對(duì)于微針設(shè)計(jì)至關(guān)重要，并決定了微針如何與目標(biāo)組織相互作用。

微針可分為實(shí)心微針、涂層微針、溶解微針和空心微針。它們?cè)趹?yīng)用機(jī)制（傳遞或生物傳感）、制造方法和設(shè)計(jì)中使用的材料方面彼此存在很大差異，并且分別以不同的機(jī)制運(yùn)行。在該綜述中，作者簡(jiǎn)要介紹了每種微針的類(lèi)型，并總結(jié)了它們?cè)谵r(nóng)業(yè)應(yīng)用中的潛在相關(guān)性。

微針的類(lèi)型及其在植物上的制造和傳感應(yīng)用

不同類(lèi)型微針的制造方法

微針在農(nóng)業(yè)檢測(cè)中的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，相關(guān)人員通常使用微球來(lái)測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品中的致病物質(zhì)、檢測(cè)植物的生理狀況，并篩選用于治療的化學(xué)品。微納米器件通常直接用作生物傳感器，或者用于現(xiàn)場(chǎng)提取需要通過(guò)下游分析進(jìn)一步表征的化學(xué)元素。當(dāng)前，這些平臺(tái)已根據(jù)微針類(lèi)型、應(yīng)用微針的場(chǎng)地的特性（即硬度、厚度、脆性）以及待檢測(cè)物質(zhì)的特性（即水溶性、疏水性）而多樣化。為此，作者介紹了使用微針技術(shù)的檢測(cè)平臺(tái)，并且主要介紹了微針在植物病害監(jiān)測(cè)和病原菌檢測(cè)和代謝物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

利用微針進(jìn)行DNA提取



利用微針進(jìn)行脫落酸（ABA）的檢測(cè)和測(cè)量

微針在植物病害防治中的應(yīng)用

對(duì)于農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，致病物質(zhì)的預(yù)防措施至關(guān)重要。微針可以以可控且簡(jiǎn)單的方式以最小的侵入性遞送農(nóng)用化學(xué)品或治療藥物。在該綜述中，作者詳細(xì)闡述了微針在防治植物病害中的應(yīng)用。

微磨微針（mMMN）在農(nóng)用化學(xué)品和治療藥物遞送方面的應(yīng)用

綜上所述，微針已經(jīng)逐漸成為智能農(nóng)業(yè)精細(xì)化的希望。但微針用于此類(lèi)目的的應(yīng)用仍處于起步階段。目前基于微針的傳感系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐主要包括病原體檢測(cè)、代謝物篩選和生理狀況監(jiān)測(cè)。此外，還可以加強(qiáng)進(jìn)一步研究，尋找具有優(yōu)良農(nóng)業(yè)性狀的植物品種，進(jìn)行進(jìn)一步繁殖，然后進(jìn)行大規(guī)模種植。然而，涉及向植物傳遞基因以治療作物病害和提高作物對(duì)外部因素的抵抗力的研究尚未得到有效探索。

此外，要充分發(fā)揮微針在農(nóng)產(chǎn)品應(yīng)用中的潛力，仍然需要解決一些挑戰(zhàn)：

（1）微針技術(shù)遇到的挑戰(zhàn)之一是制造適合在危險(xiǎn)化學(xué)品、高溫和潮濕等惡劣農(nóng)業(yè)環(huán)境中使用的微針工具，這很容易導(dǎo)致微針在檢測(cè)到目標(biāo)分析物之前失去效力或開(kāi)始降解或藥物被釋放；

（2）植物皮層的厚度根據(jù)植物種類(lèi)、環(huán)境和生長(zhǎng)階段等不同條件而表現(xiàn)出很大的變化。因此，需要對(duì)每個(gè)植物和植物部分進(jìn)行微針標(biāo)準(zhǔn)化，以擴(kuò)大其在全球的使用；

（3）農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模相當(dāng)大，因此需要制造大量的微針。因此，制造成本必須與傳統(tǒng)傳感或傳輸方法相比具有競(jìng)爭(zhēng)力，以使微針技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上可行。

審核編輯：劉清