CEJ | 華南理工大學(xué)孫大文院士課題組發(fā)文——太赫茲超材料傳感：基于超材料增強(qiáng)的食品污染物的快速高效檢測

CEJ | 華南理工大學(xué)孫大文院士課題組發(fā)文——太赫茲超材料傳感：基于超材料增強(qiáng)的食品污染物的快速高效檢測

2025年10月，華南理工大學(xué)現(xiàn)代食品工程研究中心孫大文院士團(tuán)隊(duì)在國際期刊《Chemical Engineering Journal》（IF2024：13.2，JCR一區(qū)，中科院一區(qū)Top）發(fā)表題為“Meta-terahertz sensing: Metamaterial-enhanced rapid and efficient detection of food contaminants”的綜述性論文。華南理工大學(xué)孫大文院士為本文唯一通訊作者，華南理工大學(xué)蒲洪彬副教授為論文共同作者，論文第一作者為華南理工大學(xué)博士研究生余靜孝。

成果介紹

太赫茲（Terahertz，THz）技術(shù)能夠捕捉分子的振動與旋轉(zhuǎn)信息，為食品污染物檢測提供了一種極具前景的分析方法。然而，THz波與低濃度污染物之間固有的弱相互作用限制了其檢測靈敏度。為解決這一問題，研究人員開發(fā)了太赫茲超材料（Terahertzmetamaterial，Meta-THz）傳感器，以放大THz信號進(jìn)而提升其檢測靈敏度。然而，現(xiàn)有綜述多集中于Meta-THz的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或檢測實(shí)例，對其信號放大機(jī)理、材料調(diào)控策略以及與智能算法的深度融合缺乏系統(tǒng)性的比較與總結(jié)。基于此，本文綜述了THz系統(tǒng)的核心光學(xué)元件，隨后詳細(xì)闡述了Meta-THz傳感器的制備工藝、工作原理及檢測機(jī)制。接著，系統(tǒng)總結(jié)了Meta-THz技術(shù)在檢測農(nóng)藥、抗生素和毒素等食品污染物方面的最新進(jìn)展。本文重點(diǎn)探討了Meta-THz技術(shù)的諧振層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、介電材料選擇，以及融合深度學(xué)習(xí)與物理信息模型的數(shù)據(jù)分析策略。此外，本文強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)特異性污染物鑒別的內(nèi)在方法（如優(yōu)化諧振層導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度及介電特性）與外在方法（如表面功能化識別元件及外部調(diào)制）。最后，本文審視了該領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)，包括THz系統(tǒng)的微型化、Meta-THz的生產(chǎn)優(yōu)化、Meta-THz傳感器的性能提升及數(shù)據(jù)分析方法的改進(jìn)，并通過異質(zhì)材料集成、智能自動化生產(chǎn)、可調(diào)諧傳感器開發(fā)和遷移學(xué)習(xí)模型應(yīng)用提出了潛在的解決方案。本文為Meta-THz技術(shù)在食品污染物檢測中的應(yīng)用提供了全面且實(shí)用的視角，并為未來開發(fā)高靈敏度、高特異性和高魯棒性的Meta-THz傳感技術(shù)提供了指導(dǎo)。

圖文賞析

摘要圖：Meta-THz 作為信號放大器的示意圖

圖1：基于透射模式THz-TDS系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖

圖2：Meta-THz傳感技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和解決方法

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.169480

作者簡介

孫大文（Da-Wen Sun），男，廣東省潮州人，歐洲歷史上唯一的華僑華人“六院院士”，中國致公黨第十四/十五屆中央委員，中國僑聯(lián)特聘專家，國務(wù)院僑務(wù)辦公室專家咨詢委員會委員，全國政協(xié)特邀海外列席代表和海外列席組召集人（2012）。歐洲科學(xué)院（歐洲人文和自然科學(xué)院）（Academia Europaea）院士，愛爾蘭皇家科學(xué)院（Royal Irish Academy）院士，波蘭科學(xué)院（Polska AkademiaNauk）外籍院士，國際食品科學(xué)院（IAFoST）院士，國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程科學(xué)院（iAABE）院士，國際制冷科學(xué)院院士。施普林格國際著名期刊《食品與生物加工技術(shù)》（Food and Bioprocess Technology）創(chuàng)刊者和主編（2008年創(chuàng)刊時(shí)即被SCI收錄，第二年進(jìn)入SCI一區(qū)，現(xiàn)影響因子=5.8）、泰勒弗朗西斯集團(tuán)《現(xiàn)代食品工程》(Contemporary Food Engineering) 系列叢書創(chuàng)始主編、國際農(nóng)業(yè)工程委員會（CIGR）主席（2013-2014）和榮譽(yù)主席、國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程科學(xué)院（iAABE）創(chuàng)院院長。現(xiàn)任華南理工大學(xué)教授，博導(dǎo)，現(xiàn)代食品工程研究中心主任；廣東省農(nóng)產(chǎn)品智能冷鏈物流裝備工程實(shí)驗(yàn)室主任、廣東省冷鏈?zhǔn)称分悄芨兄c過程控制工程技術(shù)研究中心主任、廣東省現(xiàn)代食品工程國際科技合作基地主任、廣州市農(nóng)產(chǎn)品智能感知與品質(zhì)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、廣東省食品智能質(zhì)控與過程技術(shù)裝備國際暨港澳臺合作創(chuàng)新平臺主任、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（農(nóng)產(chǎn)品無損檢測及精深加工）產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心主任、廣東省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)智能感知與精準(zhǔn)控制現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心主任、廣東省農(nóng)產(chǎn)品保鮮物流共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、愛爾蘭國立都柏林大學(xué)（UCD）食品和生物系統(tǒng)工程終身教授。

榮獲國際農(nóng)業(yè)與生物系統(tǒng)工程委員會（CIGR）杰出獎，英國皇家機(jī)械工程師學(xué)會“食品工程師年度人物”，鳳凰衛(wèi)視“影響世界華人大獎”，國際食品保護(hù)協(xié)會“冷凍食品基金會冷凍研究獎”，國際工程與食品協(xié)會終身成就獎，“CIGR榮譽(yù)主席”等多項(xiàng)國際大獎。

在世界著名雜志和國際會議上共發(fā)表了1300多篇論文，其中，以通訊作者發(fā)表并被SCI收錄的期刊論文超過800篇，出版專著17部，Web of Science統(tǒng)計(jì)的學(xué)術(shù)h指數(shù)為128，SCOPUS統(tǒng)計(jì)的學(xué)術(shù)h指數(shù)為141，Google Scholar 統(tǒng)計(jì)的學(xué)術(shù)h指數(shù)為166。特別是在高光譜成像、計(jì)算機(jī)視覺、真空冷卻、超聲波輔助冷凍和CFD模擬等方面的論文已經(jīng)成為其他研究者的經(jīng)典參考文獻(xiàn)。71篇論文入選ESI農(nóng)學(xué)“高被引論文”，全球排名第一位（2020.01）。2015年至2024年連續(xù)十年榮獲科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”稱號，并位居美國斯坦福大學(xué)“全球前2％科學(xué)家”排名中國食品科學(xué)與工程入選的三百多位學(xué)者名單的第一位。

2011年底起回到華南理工大學(xué)工作以來，迄今為止（2025年01月）在Web of Science網(wǎng)站上可以檢索到的文章中，共有407篇是以華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院作為第一作者單位的論文，其中高被引論文40篇，JCR一區(qū)論文350篇，影響因子大于6的289篇。高被引論文數(shù)占華南理工大學(xué)全校和食品科學(xué)與工程學(xué)院的比例分別為7%和42%。其中2篇入選中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文，為華南理工大學(xué)唯一入選的兩篇論文，為華南理工大學(xué)入選食品科學(xué)與工程“雙一流”以及食品學(xué)科專業(yè)的全球領(lǐng)先排名做出了主要貢獻(xiàn)。

主持國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)，國家國際科技合作專項(xiàng)，國家自然科學(xué)基金，東西部合作重大項(xiàng)目，廣東省科技廳，農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳，教育廳等科技計(jì)劃項(xiàng)目，廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目，企業(yè)合作項(xiàng)目等四十多項(xiàng)。授權(quán)中國發(fā)明專利99件（其中第一發(fā)明人專利69件），美英日等發(fā)明專利10件，申請國際PCT專利9項(xiàng)。2019年至2024年共為華南理工大學(xué)培養(yǎng)科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”11人次。榮獲2014年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎一等獎（排名第二），2016年度教育部科技進(jìn)步獎二等獎（排名第一），2016年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎三等獎（排名第一）, 2018年度中國輕工業(yè)聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎（排名第二），2018年度廣東省科技進(jìn)步獎一等獎（排名第一），2020年度安徽省科技進(jìn)步獎二等獎（排名第三）。

更多信息請?jiān)L問網(wǎng)址：http://www.ucd.ie/sun/; http://www2.scut.edu.cn/acfe/

信息來源于微信號 是食品放大鏡。

為進(jìn)一步促進(jìn)動物源食品科學(xué)理論的完善與創(chuàng)新，加速科研成果向?qū)嶋H生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，助力產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展，由北京食品科學(xué)研究院、中國肉類食品綜合研究中心、中國食品雜志社將與江西農(nóng)業(yè)大學(xué)、江西科技師范大學(xué)、 南昌師范學(xué)院、 家禽遺傳改良江西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 共同舉辦的“ 2025年動物源食品科學(xué)與人類健康國際研討會 ”，將于 2025年10月25-26日 在 中國 江西 南昌 召開。

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