Near‐Infrared Imaging of H 2 O 2 in Plants With Nanosensors Under Environmentally Changing Conditions

方法

适配体修饰SWCNT、埃及蓝纳米片参比与可见光校正的三通道比率传感。

发现

比率校正使信号对比度提升75%，可抗叶片转动、风动和光照波动。

机会点

可探索该抗干扰纳米传感平台田间部署，用于作物早期胁迫表型与精准农业预警。

光学传感器是监测生物系统的有力工具。然而，其实际应用常受自发荧光、机械运动和光照波动等环境干扰的限制。这些问题在植物中尤为突出，因为植物需要并利用光，这妨碍了（荧光）传感器用于植物胁迫信号（如H₂O₂）的检测。在此，我们提出一种比率传感平台，通过整合三种光谱上不同的组分来克服这些限制：1）基于适配体修饰的近红外（NIR）荧光单壁碳纳米管（SWCNTs，约1000 nm）的H₂O₂传感器；2）基于聚乙二醇修饰的埃及蓝纳米片（EB–NS，900–955 nm）的稳定NIR参比；3）可见（VIS）信号（约641 nm），用于校正植物的NIR自发荧光拖尾（>835 nm）。这种比率方法能够在相关扰动（包括叶片旋转和风致运动）下实现稳健的信号校正。此外，它能够在动态变化的光照条件（>300%）下连续监测H₂O₂，与单通道检测相比，信号对比度提高了75%。通过光谱分辨纳米传感器信号和内源性植物自发荧光，该策略能够在真实环境条件下对胁迫诱导的H₂O₂进行体内监测。它建立了抗干扰的光学传感方法，并推动了面向精准农业的可田间部署纳米传感器技术的发展。