Development of a Spraying System by Selective Deposition toward Advanced Plant Production

通过选择性沉积开发喷雾系统以实现先进的植物生产

基本信息

批准号：
20K05188
负责人：
レンゴロウレット
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

微粒化された肥料のエアロゾル（液滴群として）を植物葉に高い効率で沈着させることが大きな課題の一つである。本年度では、植物葉の表面および内部における微粒子と液滴（またはバルク液体）の輸送について検討を行った。電気電子工学・光学系の岩井研究室と連携しながら、【研究１】蛍光微粒子を用いた液体を含む物質の輸送を「可視化」する解析、【研究２】2つの近赤外波長を用いたスペクトル領域光干渉断層計システム (SD‐OCT)を用いて、室温での蒸発過程を断面画像化と定量分析が可能な手法の開発、を行った。【研究１】では、モデルとしてタバコの葉およびセルロース繊維のような多孔質媒体中に流れる液体に蛍光微粒子を混入させておいて、その液体の輸送を「可視化」した。葉のような媒体中においてマイクロリットル液体輸送のためのトレーサとして蛍光微粒子の使用を試みた。画像解析を用いて葉の各部位に存在する蛍光粒子分布をマッピングすることにより、液体の広がりと浸透を可視化できることを示した。また、本可視化法によりある部位に意図的に挿入させた数十から数百ナノメーターの微量不純物も検出することができることも確認した。【研究２】では、植物（生体組織）に局在する水分量を定量的に測定する方法は確立されていないことから、岩井研究室では2つの近赤外波長を用いたスペクトル領域光干渉断層計システム (SD‐OCT) を開発した。光源の波長は水にほとんど吸収されない1060 nmと1470 nmを用いた。この2波長OCTを用いて光散乱による蒸発過程も伴う水の輸送を測定する可能性を示した。SD-OCTは、これまで観測されたことのない現象を可視化し、定量的に分析するための非常に実用的なツールであることがわかった。

主要挑战之一是将雾化肥料气溶胶（作为液滴）高效沉积到植物叶子上。今年，我们研究了细颗粒和液滴（或大量液体）在植物叶子表面和内部的传输。我们与岩井电气电子工程和光学实验室合作，进行了[研究 1] 分析，利用荧光粒子可视化包括液体在内的物质的传输，[研究 2] 使用两个近红外波长，利用谱域光学相干性。断层扫描系统（SD-OCT），我们开发了一种能够在室温下对蒸发过程进行横截面成像和定量分析的方法。在[研究1]中，将荧光颗粒混合到作为模型的烟叶和纤维素纤维等多孔介质中流动的液体中，并将液体的传输可视化。我们尝试使用荧光微粒作为微升液体在叶子等介质中运输的示踪剂。我们表明，通过使用图像分析绘制叶子每个部分中存在的荧光颗粒的分布，可以可视化液体的扩散和渗透。我们还证实，这种可视化方法可以检测有意插入特定位点的数十至数百纳米的痕量杂质。在[研究2]中，由于没有既定的方法来定量测量植物（生物组织）中的水量，岩井实验室使用两个近红外波长的谱域光学相干断层扫描技术开发了一种测量系统（SD-.华侨城）。所用光源的波长为1060 nm和1470 nm，几乎不被水吸收。我们展示了使用这种双波长 OCT 来测量水传输的可能性，其中还涉及由于光散射而导致的蒸发过程。 SD-OCT 被证明是一种非常实用的工具，用于可视化和定量分析以前从未观察到的现象。