比微塑料更小！科學家首次獲得納米塑料清晰圖像

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微塑料被科學家形象地稱為“海洋中的PM2.5”，威脅著海洋生態系統，也對人類健康產生威脅。比微塑料更小的顆粒是納米塑料，它對生物體的毒性可能更大。近日，科學家從海水樣本中首次獲得納米塑料的清晰圖像，發現它們在形狀和化學成分上具有驚人的多樣性。相關成果發表于《科學進展》。

全球每年有40萬~400萬噸塑料垃圾進入海洋，紫外線和海洋湍流將這些塑料分解成看不見的微顆粒。隨著時間的推移，微塑料會分解成更小的顆粒。目前一般將尺寸在1~5000微米的塑料顆粒稱為微塑料，小于1微米的稱為納米塑料。例如，一次性聚苯乙烯（PS）咖啡杯蓋在老化箱中只需要大約2個月就可以分解成納米塑料。

納米塑料示意圖。圖片來源：圣母大學

有研究表明，微塑料和納米塑料對生物體的毒性和顆粒大小與形態呈反比，體積越小，毒性可能越大。

“納米塑料的毒性可能比較大的塑料顆粒更大。”美國圣母大學教授Tengfei Luo說：“它們的體積小，能夠更好地穿透生物體的組織。”

Luo的團隊此前利用實驗室合成的納米塑料顆粒進行毒性研究，以調查它們對海洋生物的影響。但實驗室合成的納米塑料在形狀和成分上都高度一致，這與現實情況并不相符，而兩者之間任何差異都可能影響毒性研究。

為此，Luo與美國得克薩斯農工大學Wei Xu的實驗室合作，決定在全球海洋中尋找真正的納米塑料，最終從中國、韓國、美國和墨西哥灣附近獲得了海水樣本。

由于在海洋中濃度極低，他們使用了一種獨特的表面收縮氣泡沉積技術（SSBD），將海水樣本與銀納米顆粒混合，并用激光加熱溶液，直到形成氣泡。表面張力的變化導致納米塑料顆粒積聚在氣泡表面，隨著氣泡收縮和消失，納米顆粒最終被沉積在一個集中的襯底上，然后使用電子顯微鏡和拉曼光譜進行觀察和表征。

SSBD技術獲取納米塑料過程。圖片來源：Science

“我們在海洋中發現的納米塑料與實驗室合成的納米塑料截然不同。”Luo說。

據悉，海水樣本中出現了由尼龍、聚苯乙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成的納米塑料，形態多樣，包括納米纖維、納米薄片和球桿狀納米結構等，來源可能是食品包裝、水瓶、衣服和漁網等消費品。

令人驚訝的是，在墨西哥灣約300米深的水樣中發現了PET納米塑料顆粒，這表明納米塑料污染不僅限于海洋表面。

SSBD技術原本用于在癌癥早期檢測中尋找DNA分子的痕跡，但在尋找納米塑料的過程中卻發揮了意想不到的優勢。此前用于納米塑料檢測的技術包括熱裂解-氣質聯用法、拉曼光譜與掃描電子顯微鏡相結合、拉曼光鑷技術等，但都存在各種缺陷，而對水樣采用SSBD技術后，再利用一系列方法進行表征，能夠直接可視化識別從兩個大洋中七個不同位置采集的水樣中的納米塑料。

“了解納米塑料的實際形狀和化學性質是確定其毒性并設計減毒方法的第一步。”Luo表示，后續研究將聚焦于量化海洋納米塑料，以提出減輕納米塑料危害的方案。