一种可调节的温敏材料，用于长期监测植物电信号

植物电生理信号能为植物健康监测提供重要信息，有助于采取措施提高作物产量。尽管测量方法有所进步，但长期（超过1天）的信号采集技术仍存在局限，阻碍了持续监测。目前的长期监测技术依赖侵入性电极，而非侵入性电极在使用时长和贴合性方面表现不佳。为此，研究人员开发了一种带有自适应耦合层的电容耦合电极，可对多种植物进行无创、长达一个月的电生理监测。

这种自适应耦合层是通过热响应水凝胶在植物表面原位发生溶胶-凝胶转变，随后脱水形成的，能高度贴合复杂的植物表面并实现稳定的电耦合。在有毛的植物表面，该电极可维持一个月的高信噪比，与通常只能持续几小时的金标准非侵入性电极相当。长期监测揭示了与植物水分状态相关的干旱特异性信号特征，生理研究表明钙和活性氧在此过程中发挥重要作用，凸显了该电极在获取生物学见解和推动植物传感创新方面的潜力。

研究背景指出，为提高农业生产力，监测植物健康和发育至关重要。植物的电生理信号具有快速响应胁迫（通常在1-几十秒内）、传播速度快（几厘米/分钟到几十厘米/秒）、可无创测量等优势，能反映生物和非生物胁迫。但现有非侵入性电极存在局限：湿电极易脱水，工作时长不足1天；干电极贴合性差，难以用于多毛或粗糙表面；微针电极仅适用于茎、叶柄或厚叶，无法监测软嫩叶片。

该电容耦合电极的设计灵感来自人体皮肤生物电势的电容测量。其由柔性导体和自适应耦合层组成，热响应水凝胶（如EPC聚合物）在低温下为溶液态，涂覆到植物表面后在室温下40秒内凝胶化，随后自然脱水1天形成耦合层。这种设计结合了湿电极和干电极的优点，能贴合多毛、超疏水叶片和垂直茎等复杂表面，且对植物生理活动（如气孔开合、叶绿素含量）影响可忽略。

性能测试显示，该电极与金标准琼脂凝胶电极的信噪比相当，且在31天内保持稳定，甚至在50天后仍能记录高质量信号，适用于8种植物。与传统电极相比，它漂移更小（7小时内33±20 mV，湿电极则为93±5.3 mV至156±13 mV），运动伪影更少，能捕捉叶片的光响应信号（侵入性电极难以捕捉）。

机理研究通过电化学阻抗谱揭示了电极的电容耦合机制，经历脱水、电阻-电容转变和界面老化三个阶段。热响应聚合物相比丙烯酸胶带、硅橡胶、聚乙烯醇等其他耦合材料，具有更好的贴合性、生物相容性、信号稳定性和应用便捷性。

应用方面，该电极实现了28天连续监测光暗周期变化下的电生理节律，发现光诱导电位变化幅度与光周期改变相关；在14天干旱胁迫模拟中，观察到干旱前光诱导电位幅度增加，干旱时降低，且与细胞内钙和活性氧水平相关，暗期平均电位变化可早期指示干旱，与盐胁迫的信号特征不同，为植物胁迫响应研究提供了新工具。