Un dispositivo con microagujas y electrodos de grafeno permite detectar las respuestas químicas de las plantas al calor, la luz intensa y las lesiones antes de que aparezcan síntomas visibles. El avance podría transformar la vigilancia de los cultivos y contribuir a una agricultura más eficiente frente al cambio climático.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Imagen conceptual de un cactus estresado por el calor, equipado con un sensor capaz de detectar en tiempo real las señales químicas de estrés de las plantas. Ilustración: IA-DALL-E / RexMolón Producciones
Las plantas pueden estar sufriendo mucho antes de que sus hojas se marchiten o pierdan su color. En el interior de sus células, el calor, la iluminación excesiva y las heridas desencadenan reacciones químicas que funcionan como señales de alarma. Hasta ahora, seguir esos cambios mientras ocurren ha sido complicado sin extraer muestras o alterar los tejidos vegetales. Un equipo de científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST), en Arabia Saudí, ha desarrollado un sensor portátil capaz de medir el estrés de las plantas en tiempo real. Para ello, utiliza microagujas que permiten acceder a sus fluidos internos de manera mínimamente invasiva.
El dispositivo, aproximadamente del tamaño de una moneda, se coloca sobre las hojas y registra las variaciones de una molécula vinculada al estrés oxidativo: el peróxido de hidrógeno. Los resultados, publicados en la revista científica Cell Reports Physical Science, muestran que el sistema puede distinguir distintas respuestas fisiológicas de plantas de áloe sometidas a calor, luz intensa, heridas y quemaduras. La investigación abre una vía para conocer el estado de salud de los vegetales antes de que los daños resulten evidentes.
Qué es el estrés oxidativo de las plantas y cómo se puede detectar
El estrés oxidativo vegetal es una alteración del equilibrio entre la producción de especies reactivas del oxígeno y la capacidad de las células para controlarlas mediante sus sistemas antioxidantes. Puede desencadenarse por temperaturas extremas, sequía, exceso de luz, salinidad, contaminación o daños físicos. Si se prolonga o resulta demasiado intenso, compromete procesos esenciales como la fotosíntesis, el metabolismo y el crecimiento.
Recordemos que las especies reactivas del oxígeno (ROS) son moléculas derivadas del oxígeno que se producen de forma natural en las células. En pequeñas cantidades intervienen en la comunicación celular y las defensas, pero cuando se acumulan en exceso pueden dañar proteínas, membranas y ADN, y provocar estrés oxidativo.
Una de las moléculas que intervienen en estas respuestas es el peróxido de hidrógeno (H₂O₂), también conocido como agua oxigenada. Aunque suele asociarse con la desinfección, también es una sustancia producida de forma natural por las células vegetales. En cantidades controladas, participa en la comunicación celular, el desarrollo y la activación de mecanismos de defensa frente a microorganismos.
Sin embargo, ante determinadas condiciones ambientales, su producción puede aumentar de manera considerable. Cuando la acumulación supera la capacidad antioxidante de la planta, el peróxido de hidrógeno contribuye al deterioro de proteínas, membranas y otras estructuras celulares. Su concentración constituye, por tanto, un indicador de la respuesta al estrés, aunque un aumento no significa necesariamente que ya exista un daño irreversible.
La dificultad reside en medir esta molécula mientras la planta permanece viva. Muchas técnicas convencionales requieren cortar hojas, preparar extractos o utilizar reactivos fluorescentes y equipos de laboratorio. Sin duda alguna, estos procedimientos ofrecen información valiosa, pero limitan el seguimiento de los cambios fisiológicos durante periodos prolongados.
Khaled Nabil Salama, investigador de KAUST y uno de los responsables del nuevo trabajo, destaca en la comunicación de prensa del estudio que las plantas reaccionan constantemente a las condiciones de su entorno, aunque gran parte de esas respuestas permanecen invisibles para nosotros. Precisamente, el objetivo de esta tecnología consiste en transformar esas señales químicas en datos que puedan observarse y analizarse.
Sensor colocado sobre una hoja de Aloe vera que permite medir en tiempo real las señales químicas del estrés vegetal. Cortesía: Mufeeda Mundummal.
Cómo funciona el sensor de grafeno que mide el estrés vegetal
El equipo, en el que participa la bioingeniera Mufeeda Mundummal, primera autora del estudio, ha combinado dos tecnologías para diseñar el sensor: electrodos de grafeno fabricados mediante láser y pequeñas agujas huecas obtenidas mediante impresión tridimensional. El resultado es un sistema que se fija sobre la superficie de las hojas y permite realizar mediciones sin necesidad de arrancarlas.
El grafeno, un material compuesto por carbono con excelentes propiedades eléctricas, constituye la base del detector. Sus electrodos presentan una disposición entrelazada y están recubiertos con nanopartículas de platino y azul de Prusia, un compuesto que facilita determinadas reacciones electroquímicas.
Cuando el peróxido de hidrógeno alcanza los electrodos, participa en reacciones de oxidación y reducción que producen una señal eléctrica. La intensidad de esa corriente permite estimar la cantidad de la molécula presente en el fluido vegetal. Un pequeño instrumento electrónico portátil, denominado potenciostato, registra las mediciones.
Las microagujas miden aproximadamente 750 micrómetros de longitud, es decir, tres cuartas partes de un milímetro. Son lo suficientemente pequeñas para atravesar la cutícula, la capa protectora exterior de la hoja, y facilitar el acceso al líquido que ocupa los espacios entre las células.
En las pruebas de laboratorio, el sensor alcanzó un límite de detección de 1,84 micromoles por litro de peróxido de hidrógeno. Con el dispositivo electrónico portátil, el límite de detección fue de 3,64 micromoles por litro, un valor que permite registrar concentraciones muy bajas de este marcador químico.
¿Significa esto que el sensor no causa ningún daño? No exactamente. Su funcionamiento es mínimamente invasivo: las agujas producen pequeñas perforaciones que pueden desencadenar una respuesta temporal de la planta. Los investigadores comprobaron que esa alteración inicial desaparecía aproximadamente a los 15 minutos, lo que permitió continuar las mediciones sin que la respuesta a la inserción dominase los resultados.
Qué revelaron los experimentos con Aloe vera
Los científicos eligieron plantas de Aloe vera, una especie suculenta adaptada a ambientes exigentes gracias, entre otras características, a sus hojas carnosas capaces de almacenar agua. Esta particularidad dificulta algunas técnicas convencionales de análisis, pero convierte al áloe en un modelo interesante para investigar la respuesta vegetal a las condiciones ambientales.
Los investigadores colocaron los sensores sobre las hojas y registraron sus señales mientras modificaban la temperatura y la iluminación. También provocaron heridas y quemaduras localizadas para estudiar cómo cambiaba la respuesta química ante distintas agresiones.
El calor y la luz intensa aumentan las señales de estrés
Cuando las plantas fueron expuestas a iluminación intensa, el sensor registró un incremento rápido de la señal asociada al peróxido de hidrógeno. A una temperatura de 19 °C, la respuesta ya resultaba apreciable. Sin embargo, al elevar la temperatura hasta los 28 °C, la señal fue considerablemente mayor.
Los experimentos también revelaron oscilaciones vinculadas con los ciclos de luz y oscuridad durante tres días consecutivos. Esto indica que la producción de peróxido de hidrógeno varía con la actividad fisiológica de la planta y que la temperatura puede intensificar esas fluctuaciones.
La exposición prolongada a la luz reveló otro resultado interesante. La señal aumentó durante los primeros 40 o 60 minutos y posteriormente comenzó a disminuir. Los autores interpretan este comportamiento como un posible indicio de la activación de mecanismos antioxidantes o de aclimatación, aunque el dispositivo no permite identificar directamente cuáles intervienen.
Las heridas y las quemaduras provocan respuestas diferentes
Los investigadores comprobaron asimismo que el sensor podía detectar cambios químicos en menos de diez minutos después de practicar un pequeño corte en una hoja. La señal aumentó rápidamente y después descendió de modo progresivo hasta aproximarse a sus niveles iniciale y después descendió de manera progresiva hacia sus niveles previos.
Las quemaduras localizadas produjeron una respuesta más intensa, acompañada de varios incrementos posteriores. Estas diferencias muestran que la magnitud y la evolución temporal del peróxido de hidrógeno aportan información sobre la manera en que una planta responde a distintas lesiones.
No significa que el dispositivo pueda diagnosticar por sí solo cualquier enfermedad o identificar inequívocamente la causa del estrés. Sin embargo, demuestra que las respuestas fisiológicas pueden registrarse mientras suceden, sin esperar a que aparezcan daños macroscópicos.
La bioingeniera Mufeeda Mundummal, investigadora de KAUST y primera autora del estudio que ha desarrollado un sensor para medir el estrés de las plantas en tiempo real. Cortesía: KAUST
Una nueva generación de sensores para la agricultura de precisión
El desarrollo de KAUST forma parte de una línea de investigación que busca transformar las plantas en fuentes directas de información fisiológica. Frente a los sistemas agrícolas convencionales, que miden principalmente variables externas como temperatura, humedad o radiación, estos dispositivos permiten estudiar lo que sucede dentro del propio organismo vegetal.
En julio de 2026, investigadores de la Universidad Virginia Tech, en Estados Unidos, presentaron en ACS Sensors un dispositivo que combina microagujas, microfluídica y lectura mediante un teléfono inteligente. En sus experimentos con plantas de maíz, el sistema permitió detectar variaciones de glucosa y peróxido de hidrógeno relacionadas con diferentes condiciones de riego. Los resultados respaldan la posibilidad de aplicar sensores electroquímicos a cultivos de interés comercial.
Otra investigación, publicada en septiembre de este año en la revista Small por científicos de la Universidad de Zhejiang, en China, exploró una alternativa basada en microagujas con nanosondas fluorescentes de infrarrojo cercano. El sistema permitió observar variaciones de peróxido de hidrógeno en tomates, espinacas y plantas de tabaco sometidas a condiciones de estrés. A diferencia del detector electroquímico de KAUST, este método utiliza señales ópticas para seguir la evolución de la molécula.
El desarrollo de sensores vegetales también está incorporando inteligencia artificial. En 2025, un equipo presentó en Science Advances un sistema flexible denominado MapS-Wear, capaz de combinar información espectral, temperatura y humedad con modelos de aprendizaje automático. En experimentos con tomateras, identificó deficiencias nutricionales más de diez días antes que los métodos convencionales basados en imágenes.
Estos trabajos muestran que la vigilancia de las plantas está evolucionando desde la observación de síntomas externos hacia el seguimiento de indicadores fisiológicos y bioquímicos.
Cómo podrían ayudar estos sensores frente al cambio climático
El interés de esta tecnología resulta especialmente relevante en regiones áridas, donde las altas temperaturas y la disponibilidad limitada de agua condicionan la producción agrícola.
Mundummal señala que comprender mejor las respuestas vegetales al estrés podría resultar particularmente valioso para la agricultura de Arabia Saudí y otros territorios sometidos a condiciones climáticas exigentes.
Disponer de información fisiológica temprana podría ayudar a investigar variedades más resistentes, ajustar las condiciones de cultivo y desarrollar sistemas de gestión agrícola basados en datos. También permitiría estudiar cómo interactúan diferentes factores ambientales y cuándo las respuestas defensivas dejan de ser suficientes.
No obstante, el sensor de KAUST todavía es un prototipo experimental. Los ensayos se realizaron exclusivamente con áloe y cada condición experimental contó con tres réplicas biológicas. Será necesario comprobar su funcionamiento en otras especies, evaluar su estabilidad durante periodos más prolongados y determinar cómo responden las mediciones ante las condiciones variables de los campos agrícolas.
Tampoco se ha demostrado todavía que su utilización aumente las cosechas, reduzca el consumo de agua o permita diagnosticar automáticamente situaciones de estrés. Esas aplicaciones constituyen objetivos futuros, no resultados del experimento.
La propia Mundummal subraya que la principal aportación del trabajo consiste en avanzar hacia la medición directa de las señales fisiológicas de estrés, en lugar de depender únicamente de los síntomas visibles o de las condiciones ambientales externas.
El cambio de perspectiva es significativo. Durante mucho tiempo, conocer el estado de una planta ha significado observar sus hojas, analizar su crecimiento o estudiar muestras extraídas de sus tejidos. Los nuevos sensores permiten añadir otra dimensión: registrar las señales químicas que acompañan a sus respuestas ambientales mientras se desarrollan. En una agricultura cada vez más expuesta al calor extremo y a la escasez de agua, anticiparse a los síntomas podría llegar a ser tan importante como reconocerlos. ▪️(13 de noviembre de 2026)
Preguntas frecuentes sobre los sensores que miden el estrés de las plantas
La tecnología permite conocer cómo reaccionan las plantas al calor, la luz o las heridas antes de que aparezcan daños visibles. Estas son las claves para entender cómo funcionan los nuevos sensores vegetales y qué aplicaciones podrían tener en la agricultura.
¿Cómo se puede medir el estrés de una planta en tiempo real?
Mediante sensores capaces de registrar indicadores fisiológicos o bioquímicos, como el peróxido de hidrógeno. El dispositivo desarrollado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) utiliza microagujas y electrodos de grafeno para realizar mediciones electroquímicas periódicas mientras la planta permanece viva, sin necesidad de destruir sus hojas.
¿Qué indica el peróxido de hidrógeno en las plantas?
El peróxido de hidrógeno (H₂O₂) es una molécula que participa en la comunicación celular y las respuestas defensivas de las plantas. Su acumulación puede indicar que están reaccionando al calor, la luz intensa, las heridas u otras condiciones ambientales adversas. Sin embargo, un aumento de su concentración no constituye por sí solo una prueba de daño irreversible.
¿Los sensores con microagujas dañan las plantas?
Los sensores con microagujas son mínimamente invasivos, pero no completamente inocuos. En el estudio de KAUST, su inserción produjo pequeñas perforaciones y una respuesta química transitoria que volvió a su nivel basal aproximadamente 15 minutos después. El procedimiento permitió continuar las mediciones sin necesidad de cortar o destruir las hojas.
¿Se pueden utilizar estos sensores para detectar la sequía en los cultivos?
Existen prototipos experimentales que detectan respuestas fisiológicas asociadas al déficit hídrico, incluidos sensores probados en plantas de maíz. Sin embargo, el dispositivo de KAUST se evaluó con Aloe vera frente al calor, la luz intensa y las lesiones. Su capacidad para detectar situaciones de sequía en cultivos comerciales todavía necesita comprobarse mediante nuevas investigaciones.
¿Cuándo estarán disponibles estos sensores para los agricultores?
No existe una fecha confirmada para su comercialización. Antes de utilizar estos dispositivos de forma habitual será necesario validar su funcionamiento en diferentes cultivos, mejorar su autonomía y estabilidad, estudiar sus costes y comprobar su utilidad en condiciones agrícolas reales. Por ahora, representan una tecnología experimental prometedora para la agricultura de precisión.
Fuente: Mundummal M., Bukhamsin A., Tsyban Y. et al. Wearable laser-scribed graphene-integrated microneedle sensor for continuous in planta oxidative stress monitoring. Cell Reports Physical Science (2026). DOI: 10.1016/j.xcrp.2026.103630
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