葉のうぶ毛が突き抜けて優しく密着する 「極薄の生体電極」を開発 -植物の健康状態を長期モニタリングする スマート農業向けセンサの実現へ -

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2026-03-30 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、植物の葉に生える毛状突起を突き抜けて密着する極薄ナノ薄膜電極を開発し、植物の生体電位を長期間・非侵襲で測定することに成功した。単層カーボンナノチューブを用いた厚さ70nmの電極は高い柔軟性と光透過性、耐水性を備え、光合成を妨げず最大10カ月の連続計測が可能である。毛状突起が電極を貫通することで密着性が向上し、従来困難だった安定測定を実現した。さらに光合成阻害による生体電位変化も検出でき、作物のストレスを早期に把握可能となる。スマート農業における作物の健康管理技術として期待される。

葉のうぶ毛が突き抜けて優しく密着する 「極薄の生体電極」を開発 -植物の健康状態を長期モニタリングする スマート農業向けセンサの実現へ -

図1. (a) 葉面に貼付したナノ薄膜電極の概観。(b) 透明で、透湿性と耐水性に優れ、非侵襲的なナノ薄膜電極の概念図。

<関連情報>

植物電気生理学の長期モニタリングのための、貫通可能で耐水性かつ透明なカーボンナノチューブからなるナノフィルム電極 Pierceable, Water-Resistant, and Transparent Nanofilm Electrodes Comprising Carbon Nanotubes for Long-Term Monitoring of Plant Electrophysiology

Yusuke Hori, Tatsuhiro Horii, Shinji Masuda, Toshinori Fujie
Advanced Science  Published: 23 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202522824

ABSTRACT

Trichomes are found on the surfaces of many crops, making it challenging to design sensors that monitor plant conditions without interfering with their natural functions. Notably, conventional and advanced electrodes developed for plant electrophysiology have not overcome this challenge. Herein, we present thin-film composite electrodes that are transparent, water-vapor-permeable, water-resistant, non-invasive, pierceable by trichomes, and conformal to the complex surfaces of leaves, ensuring low contact impedance without the need for adhesives. The bilayer electrodes (referred to as “nanofilm electrodes”) are composed of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) deposited on poly(styrene-b-butadiene-b-styrene), and the thickness is varied (70–480 nm) to evaluate its influence. Furthermore, the sensing performance and long-term stability are compared with those of commercial wet electrodes and conventional poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate) electrodes. The proposed SWCNT nanofilm electrodes enable stable detection of electrophysiological changes in leaves for over 2 months, as well as light-induced biopotential signals under chemical stress, highlighting their potential for long-term, real-time plant health monitoring in smart agriculture systems.

生物環境工学
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