Platform wearable yang dikembangkan berbasis pada microneedle array (MNA) hasil cetak 3D dengan dimensi tinggi sekitar 900 µm, lebar 300 µm, dan diameter ujung 30 µm. Struktur ini dibuat menggunakan printer 3D berbiaya rendah berbasis stereolitografi, kemudian dilapisi dengan logam untuk membentuk elektroda. Dua MNA dipasang sebagai sistem dua elektroda, di mana elektroda kerja difungsikan menggunakan polyaniline sebagai lapisan sensitif pH, sedangkan elektroda referensi dilapisi membran polivinil butiral untuk menjaga stabilitas potensial. Karakterisasi dilakukan melalui pengujian mekanis, uji analitik untuk memastikan respons pH mendekati Nernstian, serta validasi ex vivo dengan getah daun dari berbagai spesies tanaman menggunakan elektroda kaca standar sebagai pembanding. Selanjutnya, sensor dipakai untuk pemantauan pH secara kontinu pada tanaman sehat maupun dalam kondisi stres, seperti kekeringan dan penyiraman.

Microneedle berbasis 3D printing terbukti memiliki kekuatan mekanik yang cukup untuk menembus jaringan daun berulang kali tanpa mengalami kerusakan berarti. Sensor MNA yang dikembangkan menunjukkan respons pH mendekati nilai teoritis, yaitu −59,9 ± 1,5 mV/pH, dengan stabilitas tinggi meskipun digunakan berulang kali. Validasi ex vivo pada beberapa spesies tanaman menunjukkan hasil konsisten dengan pengukuran pH menggunakan elektroda kaca standar, membuktikan keakuratan perangkat. Pemantauan jangka panjang selama empat hari berhasil mendeteksi perubahan pH pada tanaman dalam kondisi normal maupun saat mengalami stres kekeringan, serta mampu membedakan pergeseran pH akibat perubahan lingkungan. Jika dibandingkan dengan sensor planar atau sistem monitoring berbasis citra, platform ini menawarkan keunggulan berupa deteksi langsung dari getah tanaman, sensitivitas tinggi, serta kerusakan minimal pada jaringan tanaman. Teknologi ini memberikan lompatan besar menuju sistem wearable yang benar-benar mampu mengintegrasikan sinyal kimia tanaman dengan pemrosesan digital dalam mendukung pertanian presisi.

Platform wearable berbasis microneedle hasil cetak 3D menawarkan solusi baru untuk monitoring pH tanaman secara real time dengan akurasi tinggi, biaya rendah, dan kerusakan minimal pada jaringan. Keunggulan utama dari sistem ini adalah ketahanan mekanik, sensitivitas mendekati respons teoritis, serta kemampuan membedakan perubahan pH akibat stres abiotik maupun kondisi normal. Dengan integrasi yang sederhana dan berbiaya murah, teknologi ini memiliki potensi besar untuk diterapkan secara luas dalam pertanian presisi guna meningkatkan produktivitas dan ketahanan tanaman terhadap perubahan lingkungan.

Referensi

• Parrilla, M., Steijlen, A., Kerremans, R., Jacobs, J., den Haan, L., De Vreese, J., Van Noten Géron, Y., Clerx, P., Watts, R., & De Wael, K. (2024). Wearable platform based on 3D-printed solid microneedle potentiometric pH sensor for plant monitoring. Chemical Engineering Journal, 500, 157254. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157254