赵国副教授团队在土壤重金属无线无源检测技术方面发表创新成果

赵国副教授团队在土壤重金属无线无源检测技术方面发表创新成果

近日，我院赵国副教授团队在国际知名期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF=12.2，中科院1区Top）上发表了题为“A wireless and passive RFID tag sensor for the detection of Pb²⁺ in soil combining chemiresistive sensing and impedance mismatch: A new method for onsite detection of hazardous metals”的研究论文，报道了结合化敏电阻传感和射频阻抗匹配的土壤重金属无线无源检测技术的研究成果。

图1 研究内容示意图

围绕农业土壤重金属污染危害生态安全和公众健康（重金属经作物富集可引发人体神经损伤、肾脏病变）这一问题，面向传统检测技术依赖实验室大型仪器（如ICP-MS）、流程繁琐、成本高昂这一行业瓶颈，南京农业大学赵国副教授团队成功研制首套集成化无线无源射频土壤铅污染检测系统。该系统结合还原氧化石墨烯（rGO）和复合铅离子选择性敏感膜（ISM），构筑异质传感单元——当土壤浸出液中的Pb²⁺被rGO/ISM特异性吸附后，其电子传输特性改变将触发RFID标签式传感器的阻抗变化，通过射频阻抗失配原理，将阻抗失配度转化为RFID传感器上626 nm LED光源的发光强度；内置微尺度光谱芯片即可对光强数据进行即时解析，通过建立动态光-浓度关联模型，实现最快2秒的铅浓度精准检测（检测限达1.96 μg/L）。与ICP-MS测试数据的交叉验证实验表明，其检测回收率达99%-101%，均方根误差均小于5.2 μg/kg。该技术摒弃传统矢量网络分析仪等笨重外设，采用模块化可插拔结构和可替换传感组件，大大降低检测成本；配套研发的便携式检测设备为土壤重金属污染防治提供"早发现、早治理"的智能化解决方案。

图2 无线无源RFID标签式传感器制造过程示意图

图3 RFID标签传感器天线的阻抗和回波损耗等射频参数模拟和测试分析

图4 RFID标签式传感器结构图

南京农业大学人工智能学院赵国副教授为本文的通讯作者，2022级研究生王昊、2022级本科生丁左政和2021级本科生王兴平为共同一作，其他作者包括2024级研究生邹在晗，张润，陈运达；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“滨江基石”计划—AI+科技创新团队项目(QTPY2025008)的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138763