防止植物損傷并改善其健康狀況對于農(nóng)業(yè)發(fā)展至關重要。然而，現(xiàn)有技術在以非侵入性、快速周轉(zhuǎn)和負擔得起的方式提供結果方面遇到許多挑戰(zhàn)。微針作為當前農(nóng)業(yè)技術的一種有前途的替代性綜合工具，為農(nóng)業(yè)檢測提供了新的策略。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自土耳其比爾肯特大學（Bilkent University）的Fatih Inci、Ismail E?團隊綜述了微針技術在農(nóng)業(yè)領域的應用，相關論文以“Microneedle technology as a new standpoint in agriculture: Treatment and sensing”為題發(fā)表在Materials Today期刊上。在該綜述中，作者主要討論了用于檢測必需化合物和次生代謝物的基于微針的傳感平臺，同時詳細闡述了通過微針遞送農(nóng)用化學品和納米治療藥物的最新進展。

用于農(nóng)業(yè)領域的微針技術

微針的概念于1976年首次提出，然而，由于微加工技術的局限性，直到1990年代末，它才被實驗性地引入作為透皮給藥的替代工具。與傳統(tǒng)方法不同，微針的微創(chuàng)方式比傳統(tǒng)方法具有至關重要的優(yōu)勢，可以最大程度地減少插入時對植物健康的損害，并為原位應用（尤其是在農(nóng)場）提供可重復使用性。

近年來，農(nóng)業(yè)行業(yè)已開始使用微納米技術治療植物病害、監(jiān)測植物健康以及檢測農(nóng)用化學品和病原體。然而，目前農(nóng)業(yè)中的治療、預防和生物傳感工具往往是侵入性的且無效的，依賴于農(nóng)用化學品或低效的生物標志物捕獲。為了實現(xiàn)更有效、更精確、更快速的結果，微納米器件在制備材料和幾何形狀等方面需要進行不斷的改進。微針的結構，包括其高度、基部直徑、縱橫比、曲率半徑和尖端角度對于微針設計至關重要，并決定了微針如何與目標組織相互作用。

微針可分為實心微針、涂層微針、溶解微針和空心微針。它們在應用機制（傳遞或生物傳感）、制造方法和設計中使用的材料方面彼此存在很大差異，并且分別以不同的機制運行。在該綜述中，作者簡要介紹了每種微針的類型，并總結了它們在農(nóng)業(yè)應用中的潛在相關性。

微針的類型及其在植物上的制造和傳感應用

不同類型微針的制造方法

微針在農(nóng)業(yè)檢測中的應用

在實際應用中，相關人員通常使用微球來測定農(nóng)產(chǎn)品中的致病物質(zhì)、檢測植物的生理狀況，并篩選用于治療的化學品。微納米器件通常直接用作生物傳感器，或者用于現(xiàn)場提取需要通過下游分析進一步表征的化學元素。當前，這些平臺已根據(jù)微針類型、應用微針的場地的特性（即硬度、厚度、脆性）以及待檢測物質(zhì)的特性（即水溶性、疏水性）而多樣化。為此，作者介紹了使用微針技術的檢測平臺，并且主要介紹了微針在植物病害監(jiān)測和病原菌檢測和代謝物監(jiān)測中的應用。

利用微針進行DNA提取



利用微針進行脫落酸（ABA）的檢測和測量

微針在植物病害防治中的應用

對于農(nóng)作物來說，致病物質(zhì)的預防措施至關重要。微針可以以可控且簡單的方式以最小的侵入性遞送農(nóng)用化學品或治療藥物。在該綜述中，作者詳細闡述了微針在防治植物病害中的應用。

微磨微針（mMMN）在農(nóng)用化學品和治療藥物遞送方面的應用

綜上所述，微針已經(jīng)逐漸成為智能農(nóng)業(yè)精細化的希望。但微針用于此類目的的應用仍處于起步階段。目前基于微針的傳感系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)實踐主要包括病原體檢測、代謝物篩選和生理狀況監(jiān)測。此外，還可以加強進一步研究，尋找具有優(yōu)良農(nóng)業(yè)性狀的植物品種，進行進一步繁殖，然后進行大規(guī)模種植。然而，涉及向植物傳遞基因以治療作物病害和提高作物對外部因素的抵抗力的研究尚未得到有效探索。

此外，要充分發(fā)揮微針在農(nóng)產(chǎn)品應用中的潛力，仍然需要解決一些挑戰(zhàn)：

（1）微針技術遇到的挑戰(zhàn)之一是制造適合在危險化學品、高溫和潮濕等惡劣農(nóng)業(yè)環(huán)境中使用的微針工具，這很容易導致微針在檢測到目標分析物之前失去效力或開始降解或藥物被釋放；

（2）植物皮層的厚度根據(jù)植物種類、環(huán)境和生長階段等不同條件而表現(xiàn)出很大的變化。因此，需要對每個植物和植物部分進行微針標準化，以擴大其在全球的使用；

（3）農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模相當大，因此需要制造大量的微針。因此，制造成本必須與傳統(tǒng)傳感或傳輸方法相比具有競爭力，以使微針技術在經(jīng)濟上可行。

審核編輯：劉清