當草莓還看起來紅潤飽滿，炭疽病可能早已潛伏其間，悄然擴散，農民卻往往只能在作物顯現病徵時才發現異常。為了讓作物也能提早「快篩」，國立嘉義大學機電工程學系洪敏勝教授在 110 年主持的《應用微流體技術與智慧型手機於溫室作物病害檢測與監控》研究計畫，發展出一套結合微流體平台與手機辨識的植物快篩系統，讓 AI 演算法與磁性奈米技術攜手上場，成為農業的智慧醫師。

炭疽病是草莓育苗期最令人頭痛的敵人。由真菌病原 Colletotrichum 屬引起，這種病害在臺灣潮濕溫暖的溫室環境中尤其容易擴散。一旦感染，不只葉片出現黑斑，整株苗可能很快枯萎，導致損失慘重。

「炭疽病就像潛伏期長的病毒，等農民看到病徵時，病菌早已傳遍整座溫室。」共同參與研究計畫的嘉義大學園藝學系江一蘆副教授說。更棘手的是，草莓常以走莖繁殖，也就是母株會長出細長的「匍匐莖」，在節點處長出小葉與根系，深入土壤後就能成為新植株。這種繁殖方式雖然快速方便，能大量複製同一品種，但一旦母株帶病，走莖繁殖就會把病原一併傳給新苗，整批作物都可能淪為帶原者。傳統仰賴「目視觀察」或「送驗 PCR」的方式，已難以應付這類潛伏性強、擴散快的病害。

過去農民若想確認是否感染炭疽病，得將樣本送至農業部農業試驗所，經過核酸萃取、反應與比對，常需 2 到 3 天時間。這種「慢半拍」的節奏，讓農業防疫始終處於被動。

研究團隊思考：如果人類遇到病毒時，可以用快篩試劑迅速確認感染，那是否也能為植物打造類似的「快篩棒」？這套檢測系統的核心，就是「植物版的 PCR 快篩＋ AI 醫師」。

透過微流體平台，團隊設計出一個縮小版的實驗室裝置，讓農民可以在田間就完成「取樣－反應－判讀」整套流程。樣本只需從草莓葉片上擷取一小段組織，滴入平台後，便能啟動一連串微型化的生物分析過程。

這個平台就像是一座只需要幾滴液體的迷你化學實驗室。核心材料是磁性奈米粒子，可以簡單理解為「專抓壞人的磁鐵警察」。這些粒子經過生化修飾，只會被特定病原的 DNA 吸引。一旦草莓樣本中有目標病菌，這些磁鐵就會「抓」住它們，並在外部磁場作用下集中起來。

同時，平台會使用雷射加熱方式，觸發 DNA 複製反應，類似於 PCR 中的熱循環。為了提高反應效率，團隊還開發「電滲流混合技術」，讓樣本與磁性粒子在微小空間中快速充分混合，將原本需耗時數小時的流程，濃縮至不到一小時內完成。

光靠磁鐵抓到病毒還不夠，還需要一個清楚可見的「紅線」。這時金奈米粒子登場，扮演類似快篩試紙中的顯色劑角色。當與目標 DNA 結合後，這些粒子便會產生顏色變化，若有病菌存在，就會轉為可辨識的紅棕色，沒有則維持透明。

但如何判讀顏色變化？研究團隊開發專屬 App，利用 OpenCV 影像演算法自動讀取顏色差異。只需用手機對著微流體平台一拍，AI 就能告訴你：「有病」或「沒病」。

你可能會想，為什麼不用熟悉的快篩試紙就好？快篩試紙固然便宜，但試紙必須要累積一定量的病原體，才能正確顯示「紅線」，而潛伏的炭疽病，並沒有足夠的病原體能讓試紙正確顯示。為了能捕捉早期感染訊號，才請 AI 分析顯色劑的顏色，察覺難以看見的顏色變化。

這樣的設計，其實就是為了彌補傳統快篩靈敏度不足的問題。試紙雖方便，卻容易錯過病害初期的低濃度訊號，一不小心就會出現「假陰性」，讓人誤以為沒事。研究團隊改用磁性奈米粒子當「DNA磁鐵」，先把潛藏的病原集中起來，再讓金奈米粒子透過顏色變化當作警報訊號，最後交由手機 App 搭載的影像演算法讀取色差。這樣一來，就能比傳統方法更早、更準確地抓出那些「看不出來卻已感染」的作物。

實際應用時，農民只需依照操作指示將樣本放入試劑管，再倒入平台，按下 App 啟動檢測，不到 60 分鐘即可獲得判讀結果。整套系統不仰賴昂貴實驗室設備，不需冷藏、不需專業人員，完全為「田間使用」設計。

此外，這套系統的硬體與軟體都可模組化擴充，未來可搭配感測器、氣候資料等，發展出更完整的「智慧病害監控平台」。

目前這套系統已可準確辨識草莓炭疽病的幾種主要菌株（如 C. siamense、C. fructicola、C. karstii 等），但它的應用潛力遠不止如此。只要換上不同的DNA標靶序列與分析模型，平台即可「轉職」篩查其他作物的常見病害，如番茄斑枯病、稻熱病、芒果炭疽病等。

未來若搭配植物病害影像資料庫與氣象預測模型，甚至可以做到「病害爆發預測」，提前讓農民準備防治措施，而不是等到病徵出現才來處理。

這樣的邏輯，就如同將疾病管理從「被動治療」推向「主動預防」，而AI與微流體，正是這場革命的關鍵工具。

這場看似農業領域的創新，其實融合了生物醫學、機械設計、程式開發、資料科學與應用軟體開發等多重技術。從病菌 DNA 設計、磁性粒子反應控制、光學成像到手機 App 介面，沒有哪一項是單一專業可完成的。

「我們現在需要的，是懂植物也懂 AI 的人，是能寫程式也會設計機構的人，」江副教授說。「如果你是個對自然感興趣的孩子，同時又愛玩電腦，那你就是未來智慧農業需要的研究者。」

對高中生來說，這不只是科展題材，更是跨入智慧農業世界的起點。從參加農業機器人競賽，到設計病害辨識的影像模型，這些都可能成為改變農業現場的關鍵一環。

當我們享用一顆甜美的草莓，很少人會想起，這顆果實曾面對過病害的威脅與農民的焦慮。雖然此項技術仍在開發與驗證階段，相信在不久的未來，透過 AI、奈米技術與手機演算法，我們有機會為作物建立一套如 PCR 般敏感的快篩防線。

這是科技的進步，更是科學與生活的連結。當技術真正走進田間、握在農民手中，智慧農業的願景才不再只是口號，而是守護糧食與安全的堅實力量。