Bodensensor weiß Wasserbedarf von Pflanzen

Herzstück ist ein metallorganisches Gerüst (MOF), ein hochporöses synthetisches Material, das sich aus Metallatomen und organischen Molekülen zusammensetzt. MOFs haben je nach Zusammensetzung unzählige verschiedene Eigenschaften. In diesem Fall ziehen sie Wasser magisch an.

Modulare poröse Strukturen

„Mit ihrer modularen porösen Struktur und einfachen Funktionalisierung sind MOFs ausgezeichnete Kandidaten für die Sensorik“, sagt Osama Shekhah, Mitglied im Team von KAUST-Professor Mohamed Eddaoudi, der den Sensor gemeinsam mit Khaled Salama entwickelt hat. Die Forscher haben mehrere MOFs getestet und blieben bei einem hängen, das Chromatome enthält. Es kann das Doppelte seines Eigenwichts an Wasser aufnehmen.

Die Experten haben auf der Oberfläche der MOFs mithilfe eines Tintenstrahldruckers eine Elektronik zur Kapazitätsmessung platziert. Diese ändert sich mit der Wasseraufnahme der porösen Sensoren. Der chromhaltige Sensor meldete den Wassergehalt bereits 500 Sekunden, nachdem er in den Boden gerammt worden war. Damit stach er alle anderen aus. Von Metallionen im Acker ließ sich das Gerät nicht irritieren, es zeigte stets den wahren Wassergehalt an.

Nächstes Ziel Mobilmessgerät

„Wir entwerfen und entwickeln jetzt einen tragbaren Prototypen eines MOF-basierten Bodenfeuchtesensors, der für Kontrollexperimente in realen Feldmessungen verwendet werden kann“, sagt Eddaoudi. „Wir gehen davon aus, dass MOF-basierten Bodenfeuchtesensoren die Zukunft gehört“, so Salama. „Effiziente Wassernutzung ist eine zentrale Herausforderung für Landwirte. Ein technologiegestütztes Bewässerungs-Management kann dazu beitragen, die Erntequalität zu verbessern, Wasser einzusparen und Kosten zu senken“, schließt Eddaoudi.