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【科创之星】王丽丽:古老材料寻求新突破光转换技术赋能智慧农业

    2025-07-21 17:02:49 作者:姜程 来源:理学与信息科学学院          浏览数:0

  王丽丽,博士,理学与信息科学学院教授,物理教学部主任,青岛市物理学会理事,山东省物理学会理事,中国物理学会会员。主持国家自然科学基金青年项目一项,山东省自然科学基金项目两项,山东省青创团队计划项目一项,参与山东省重大科技创新工程项目苹果全产业链智能化监测与科技服务平台,企业合作研发课题一项。申请及授权国家发明专利5项,在Nanoscale、Chemical Engineering Journal、Applied Surface Science等国内外重要学术期刊发表论文50余篇,其中第一及通讯作者论文20余篇。担任Science Advances、Theranostics、Chemical Engineering Journal、Inorganic Chemistry Frontiers等知名期刊的审稿人。

  古老材料的现代困境

  王丽丽老师多年来一直从事荧光材料的研发工作,荧光材料(如YAG:Ce)自20世纪60年代商业化以来,长期被局限在LED照明、防伪标签等领域,全球市场规模增长停滞(2023年约$25亿,年增速<3%)。当考虑将荧光材料转向农业应用时,王丽丽老师发现了两个问题,第一个是作物在受到盐碱、干旱等非生物胁迫时会产生特异性H2O2,但现有的检测手段不是实时监测,而且会损伤组织;第二个问题是新兴的以RNA干扰技术为基础的dsRNA农药害怕紫外线,而作物恰恰需要更多的光合有效光,这就像让一个人同时撑伞和接雨水,所以现代农业需要更智能的光利用技术。

  盐碱地的"光温度计"

  我国拥有15亿亩盐碱地,其中约5亿亩具备改良潜力,相当于现有耕地的四分之一。2023年,《国家盐碱地等耕地后备资源综合利用规划》明确提出,到2030年要新增盐碱地耕地1000万亩。然而,传统治理手段面临巨大挑战:"看不见":土壤盐分检测依赖人工取样,无法实时掌握作物真实受胁迫状态;"治不准":大水压盐等粗放方式浪费水资源(每亩耗水超50吨),且易反复;"反应迟":当作物出现肉眼可见的黄叶、矮化时,产量损失已不可逆转。就像医生治病,如果连病人的疼痛程度都测不准,何谈精准用药?王丽丽老师创新性地将纳米生物传感与红外热成像技术相结合,开发出植物非生物胁迫实时监控系统。纳米生物传感器直接在植物叶片上原位合成,将吸收的近红外激光转化为热量,通过热成像仪采集叶片红外图像,利用深度学习模型对数据集进行训练和优化,最终输出高精度的分类结果。该方法利用隐藏在叶面的荧光材料将不可见光转化为热图像,可在植物受损或减产前及时发出预警,为精准农业提供高效监测手段。

  守护RNA农药的"光盾牌"

  在田间喷洒的RNA农药,常因阳光中的紫外线快速分解而失效,也是目前新兴的RNA生物农药的一个困境,而更加矛盾的是,作物恰恰需要更多的有效光进行光合作用。针对这一矛盾点,王丽丽老师创新性地融合纳米荧光性能调控与RNAi生物农药稳定性改善,研发出一种会"光合作用"的纳米光盾牌,既能像防晒霜一样保护RNA农药,又能将有害紫外线转化为作物生长的"营养光"。更令人兴奋的是,这种纳米材料能将原本危害农药的紫外线,转化为660纳米的红光——这正是植物光合作用最需要的能量。就像给作物安装了“光能充电宝”,不仅能使病虫害减少,还能使作物的产量增加,实现了"农药减量,作物增产"的双赢。目前,该技术已经申请了两项国家发明专利,建立了纳米载体设计→光能转化→生物效应的研究主线,为RNAi的功效和田间稳定性的提高提供了新的思路。

  在教书育人方面,王丽丽老师始终秉持"以研促学、以赛砺能"的培养理念,通过多层次科研实践体系助力学生成长成才。在研究生培养方面,构建"学术引领-科研攻坚-升学指导"的全链条培养模式:近三年指导的三届毕业生均实现学术突破与升学深造双丰收,其中张宇(2022届)以两篇一区论文获评优秀毕业生并考入西南交通大学,袁传聪(2023届)、张旺(2024届)分别以高水平论文成果考取广东工业大学、重庆大学博士研究生。在本科生培养中,打造"创新训练-专利研发-学科竞赛"三维培养体系,指导学生主持校级创新项目3项,撰写发明专利研发1项(已进入实审),充分彰显阶梯式培养的育人成效。

  王丽丽老师深耕荧光材料创新应用,成功研发盐碱地"光温度计"和RNA农药"光盾牌"两项技术,获多项发明专利。教学中构建"科研-竞赛-升学"培养体系,指导研究生连年斩获高水平论文并全部继续读博深造,实现了科研突破与人才培养的双丰收。