微针技术在农业领域的应用研究进展综述

防止植物损伤并改善其健康状况对于农业发展至关重要。然而，现有技术在以非侵入性、快速周转和负担得起的方式提供结果方面遇到许多挑战。微针作为当前农业技术的一种有前途的替代性综合工具，为农业检测提供了新的策略。

据麦姆斯咨询报道，近期，来自土耳其比尔肯特大学（Bilkent University）的Fatih Inci、Ismail Eş团队综述了微针技术在农业领域的应用，相关论文以“Microneedle technology as a new standpoint in agriculture: Treatment and sensing”为题发表在Materials Today期刊上。在该综述中，作者主要讨论了用于检测必需化合物和次生代谢物的基于微针的传感平台，同时详细阐述了通过微针递送农用化学品和纳米治疗药物的最新进展。

用于农业领域的微针技术

微针的概念于1976年首次提出，然而，由于微加工技术的局限性，直到1990年代末，它才被实验性地引入作为透皮给药的替代工具。与传统方法不同，微针的微创方式比传统方法具有至关重要的优势，可以最大程度地减少插入时对植物健康的损害，并为原位应用（尤其是在农场）提供可重复使用性。

近年来，农业行业已开始使用微纳米技术治疗植物病害、监测植物健康以及检测农用化学品和病原体。然而，目前农业中的治疗、预防和生物传感工具往往是侵入性的且无效的，依赖于农用化学品或低效的生物标志物捕获。为了实现更有效、更精确、更快速的结果，微纳米器件在制备材料和几何形状等方面需要进行不断的改进。微针的结构，包括其高度、基部直径、纵横比、曲率半径和尖端角度对于微针设计至关重要，并决定了微针如何与目标组织相互作用。

微针可分为实心微针、涂层微针、溶解微针和空心微针。它们在应用机制（传递或生物传感）、制造方法和设计中使用的材料方面彼此存在很大差异，并且分别以不同的机制运行。在该综述中，作者简要介绍了每种微针的类型，并总结了它们在农业应用中的潜在相关性。

微针的类型及其在植物上的制造和传感应用

不同类型微针的制造方法

微针在农业检测中的应用

在实际应用中，相关人员通常使用微球来测定农产品中的致病物质、检测植物的生理状况，并筛选用于治疗的化学品。微纳米器件通常直接用作生物传感器，或者用于现场提取需要通过下游分析进一步表征的化学元素。当前，这些平台已根据微针类型、应用微针的场地的特性（即硬度、厚度、脆性）以及待检测物质的特性（即水溶性、疏水性）而多样化。为此，作者介绍了使用微针技术的检测平台，并且主要介绍了微针在植物病害监测和病原菌检测和代谢物监测中的应用。

利用微针进行DNA提取



利用微针进行脱落酸（ABA）的检测和测量

微针在植物病害防治中的应用

对于农作物来说，致病物质的预防措施至关重要。微针可以以可控且简单的方式以最小的侵入性递送农用化学品或治疗药物。在该综述中，作者详细阐述了微针在防治植物病害中的应用。

微磨微针（mMMN）在农用化学品和治疗药物递送方面的应用

综上所述，微针已经逐渐成为智能农业精细化的希望。但微针用于此类目的的应用仍处于起步阶段。目前基于微针的传感系统的农业实践主要包括病原体检测、代谢物筛选和生理状况监测。此外，还可以加强进一步研究，寻找具有优良农业性状的植物品种，进行进一步繁殖，然后进行大规模种植。然而，涉及向植物传递基因以治疗作物病害和提高作物对外部因素的抵抗力的研究尚未得到有效探索。

此外，要充分发挥微针在农产品应用中的潜力，仍然需要解决一些挑战：

（1）微针技术遇到的挑战之一是制造适合在危险化学品、高温和潮湿等恶劣农业环境中使用的微针工具，这很容易导致微针在检测到目标分析物之前失去效力或开始降解或药物被释放；

（2）植物皮层的厚度根据植物种类、环境和生长阶段等不同条件而表现出很大的变化。因此，需要对每个植物和植物部分进行微针标准化，以扩大其在全球的使用；

（3）农业产业规模相当大，因此需要制造大量的微针。因此，制造成本必须与传统传感或传输方法相比具有竞争力，以使微针技术在经济上可行。

审核编辑：刘清