赵国副教授团队在植物本体重金属微损检测技术方面发表创新成果

近日，我院赵国副教授团队在环境领域著名期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF=12.2，中科院1区Top）上发表了题为“Paper-based sap enrichment device combined with laser-induced breakdown spectroscopy for the minimally invasive detection of Cd(Ⅱ) and Pb(Ⅱ) in plants”的研究论文，报道了基于可穿戴纸基微流控和激光诱导击穿光谱（LIBS）的植物体内重金属微损检测技术的研究成果。

图1 研究内容示意图

植物吸收镉和铅会抑制其光合作用、诱发氧化应激及DNA损伤，破坏植物生理功能，并通过食物链富集危害农业生态安全与人类健康。在这项工作中，赵国副教授团队提出了一种快速、高灵敏度、现场、微创的植物重金属检测方法。该方法将LIBS与植物汁液纸基富集装置相结合，显著提高了检测灵敏度，使其适用于快速可靠的现场连续检测。为了进一步改进检测方法，引入了可视化分析，研究了植物汁液中的重金属在滤纸上的空间分布。此外，采用COMSOL仿真模拟植物汁液在纸基微流控通道中的流动动力学，优化设计了纸基汁液富集装置。通过对黄瓜植株的实际测试，精确测得汁液中重金属镉和铅的含量，并探究了重金属在黄瓜植株体内的空间分布规律以及重金属对植株的胁迫效应，为作物胁迫机制解析与植株重金属现场检测提供了创新技术支撑。

图2 重金属富集可视化分析实验

图3 植物体内重金属富集装置COMSOL仿真测试

图4 黄瓜植株体内重金属实测实验与结果分析

南京农业大学人工智能学院赵国副教授为本文的第一通讯作者，北京市农林科学院信息技术研究中心赵贤德副研究员为第二通讯作者，2023级研究生张仕杰为第一作者，其他作者包括2024级研究生施雨洁，2022级本科生杨皓天；中国农业大学刘刚教授和南京农业大学工学院汪小旵教授指导了该项工作。

该研究得到国家重点研发计划青年科学家项目(2023YFD1702600)，江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(23)3119)，中央高校基本科研业务费滨江基石优秀人才计划项目(KJYQ2025045)和国家自然科学基金项目(32271977、32471994)的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138351