微塑料旅行社

鄧子強(qiáng)，宋紅杰，劉睿,＊，呂弋

1四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院，成都 610064

2四川大學(xué)分析測試中心，成都 610064

閑來無事，病菌正興致勃勃地在附近的旅行社咨詢，希望能夠到人類體內(nèi)來一次暢快的旅行，順便再搞搞破壞。

病菌正在閑逛著，突然碰上了重金屬鉛：“鉛兄弟，你也準(zhǔn)備跟著旅行社出去找找樂子??？”

鉛長嘆一聲道：“唉，別說了，這些傳統(tǒng)的生物傳播旅行社都不太行了啊，上次跟一個(gè)蚊蟲旅行社出行，出發(fā)前信誓旦旦地跟我說一定把我送到人體，結(jié)果還沒進(jìn)房門就被周圍的滅蚊燈給嚇跑了，我連個(gè)人的影子都沒看見?！?/p>

“確實(shí)，像一些生物傳播渠道啊，人類是越來越重視，我也是好久沒有感受到人的氣息了，就恨不得自己長雙翅膀飛過去啊?！?/p>

重金屬鉛拍了拍病菌的肩膀嘆氣道：“再逛逛吧，實(shí)在不行也沒有辦法。”

逛著逛著，這哥倆在街角聽到一串吆喝聲：“微塑料旅行社新店開張，本店的特點(diǎn)就是悄無聲息、無孔不入，力求為各位提供安全有效的旅程，送每一位旅客進(jìn)入人體，歡迎各位進(jìn)店咨詢?！?/p>

“微塑料？你聽說過嗎？”病菌問道。“沒有。哼，還悄無聲息、無孔不入，一聽就是假的，現(xiàn)在人類手段越來越多，隨便整倆檢測手段這么一測，全部原形畢露?！敝亟饘巽U不屑道?！叭プ稍円幌侣铮植怀蕴?。”就這樣，病菌扯著重金屬鉛來到微塑料旅行社。

“聽說你們能幫我們安排一場人體旅行？”病菌迫不及待地沖到前臺(tái)問道。只見前臺(tái)坐著一個(gè)體態(tài)嬌小的微塑料小姐：“對的，你們二位要一起出發(fā)嗎，我們可以安排的哦?！?/p>

“就你們這小身板，能載得下我們？”鉛問道。

“別看我們是直徑不足5 mm顆粒，但是我們有超大的比表面積，像二位這種體型的，我們店的員工能夠載很多的，而且附著牢固，保證你們的旅程平穩(wěn)?！蔽⑺芰闲〗阄⑿卮鸬馈！傲硗猓銈兛梢钥匆幌挛覀兊恼Q生來源，對我們微塑料有一個(gè)初步的了解之后，相信你們會(huì)對本旅行社的實(shí)力充滿信心?！闭f著，微塑料小姐姐給他們一人一份制作精美的旅行社簡介傳單。

原來，微塑料來源也得追溯到人類身上，自從人類開始大量使用塑料制品之后，大量的廢棄塑料被滯留在自然環(huán)境中，而在物理破碎以及一些微生物的降解作用下，塑料破碎降解為極小的塑料顆粒[1]，從而通過自然循環(huán)進(jìn)入人體(圖1)。另外，近年來不少工程微塑料的使用，更是直接加劇了環(huán)境中微塑料的污染程度。因?yàn)槭切屡d的環(huán)境污染物，人類對微塑料的毒理分析還不充分，除了其本體的固有毒性以外，還可以成為大量病原體和污染物的溫床。

圖1 微塑料及其生物相互作用的潛在運(yùn)輸途徑

鉛看到這些介紹，不禁對這個(gè)奇特的旅行社也產(chǎn)生了濃厚的興趣：“那你們說的無孔不入是怎么回事呢，你們真的能夠做到無孔不入嗎？”

微塑料小姐報(bào)以微笑：“我們微塑料直徑在5 mm以下，小的可以達(dá)到幾個(gè)nm，像這種直徑在1 μm以下的被稱之為納米塑料[2]，這可是我們旅行社的黃金員工。如果你們需要的話，可以選擇納米塑料，因?yàn)轭w粒極小，它們不僅能夠自由出入人體呼吸以及血液循環(huán)系統(tǒng)，更能夠被人體細(xì)胞吸收[3](圖2)，可能直接產(chǎn)生血管沉積、細(xì)胞附著、穿越生物屏障、破壞神經(jīng)和生殖等生物效應(yīng)[4]。更重要的是，由于人類對塑料的過度使用，廢棄塑料幾乎隨處可見，這讓我們幾乎在一切地方都有開辦微塑料旅行社的可能，在水體、沉積物、生物、土壤、大氣等各種環(huán)境介質(zhì)中[5]，很容易通過各種途徑接觸到人類。”

圖2 暴露24 h后，標(biāo)記為F-肌動(dòng)蛋白(紫色)和細(xì)胞核(藍(lán)色)的人肺上皮癌細(xì)胞(A549)顯示攝取了標(biāo)記為FITC(黃色)的200 nm氨基改性聚苯乙烯顆粒[6]

“你們有這么強(qiáng)的滲透性啊！還分布寬泛到離譜！”病菌兩眼冒著激動(dòng)的星星?！八麄冋娴暮芸孔V欸！”它拉著鉛激動(dòng)地說道。

“別著急啊，現(xiàn)在看來它們是很優(yōu)秀，但是還沒了解清楚呢。”鉛對病菌的急切頗感無奈，轉(zhuǎn)身又向微塑料小姐問道：“這位小姐，我還是不放心，現(xiàn)在人類的檢測技術(shù)這么成熟，像各種光學(xué)檢測器和質(zhì)譜檢測器，你們旅行社真的可以逃過他們的法眼嗎？”

“這個(gè)你還真是問到點(diǎn)子上了，因?yàn)樯婕暗姆矫姹容^多，聽我慢慢給您闡述一下目前人類對我們微塑料檢測的情況(表1)?！?/p>

表1 常見的微塑料顆粒的檢測原理、適用范圍、優(yōu)勢及局限

“由于是新興污染物，人類對我們的認(rèn)知還相對不夠完善，但是想要全面地檢測出我們，通常需要具備在低濃度下能夠得到對應(yīng)形貌尺寸、環(huán)境豐度及組成成分等信息的能力，并且具有較好的粒徑檢測限。但是目前在微塑料檢測方面缺少量化的標(biāo)準(zhǔn)化采樣和分析方法，而且目前的檢測方法無法同時(shí)得到三個(gè)信息，且檢測實(shí)際樣品的能力十分有限[7,8]。

在采樣收集方面，大體積采樣所使用的拖網(wǎng)法，所采樣品代表性較高但是會(huì)忽略小尺寸的微塑料；采用泵抽或桶采的方法雖然樣品代表性不足但能夠保留較小的微塑料顆粒。而我們微塑料從來都不是一個(gè)人在戰(zhàn)斗，在環(huán)境中通常以團(tuán)聚物的形式存在，在采樣之后往往還伴隨著消解的步驟，然而因?yàn)槲⑺芰喜痪邆涮禺愋?、所處基質(zhì)環(huán)境不同等原因，導(dǎo)致采樣和分離步驟并沒有一個(gè)很好的標(biāo)準(zhǔn)化方法[9]。

傳統(tǒng)的顯微技術(shù)作為常見的小顆粒物檢測技術(shù)，能完成對極小顆粒的檢測，但通常只能提供粒徑信息，而目前一些顯微技術(shù)常與光學(xué)傳感聯(lián)用，如：SEM-EDX (掃描電鏡-能量色散X射線光譜)和AFM-IR (原子力顯微鏡-紅外光譜)，可獲取形貌之外的材料理化和分子信息[4]。目前普適的納米粒子檢測技術(shù)在很大程度上也能應(yīng)用于微塑料，尤其是納米塑料的檢測中去，比如動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)(DLS)、納米顆粒追蹤技術(shù)(NTA)就可以完成顆粒尺寸和濃度的定量[10,11]。但這些技術(shù)往往只適用于理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，面對自然環(huán)境中復(fù)雜的因素，如：微塑料的不規(guī)則形貌、復(fù)雜的包被表面、尺寸的巨大差異，都會(huì)帶來很大的干擾。

在檢測環(huán)境的影響下，目前應(yīng)用于微塑料識(shí)別檢測頻率最高的是光譜分析法(FTIR、Raman)和熱重分析法(Py-GC-MS、TED-GC-MS)[12]。

光學(xué)檢測技術(shù)優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)無損分析，并且無需樣品前處理過程，分析速度較快，而利用干涉原理，將帶有樣品信息的干涉光經(jīng)過傅里葉變換成光譜圖的傅里葉紅外光譜(FTIR)雖然具有良好的分辨率，但是只適用于有紅外光譜特性且粒徑≥ 20 μm的微塑料；要求樣品基質(zhì)中無水，背景干擾低[13]。這些特性嚴(yán)重限制了FTIR在微塑料檢測領(lǐng)域的應(yīng)用。由于是檢測入射光照射樣品產(chǎn)生的散射光，傳統(tǒng)拉曼光譜(Raman)信號較弱，對于微塑料檢測存在一定的困難。而表面增強(qiáng)拉曼(SERS)克服了拉曼光譜靈敏度低的缺點(diǎn)，由于電磁場的增強(qiáng)效應(yīng)，位于熱點(diǎn)的單個(gè)粒子可以獲得很大的增強(qiáng)因子。而且最近的研究已經(jīng)將SERS對微塑料的可檢測粒徑降至360 nm[14]，大大提高了其實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。但拉曼光譜易受無機(jī)離子及熒光的干擾，入射激光波長的變化會(huì)增大數(shù)據(jù)解釋的難度等缺點(diǎn)仍無法避免。

熱分析法將分析物在高溫下裂解成聚合物碎片，然后碎片在氣相色譜中分離，最后進(jìn)入質(zhì)譜中，分別對不同的聚合物碎片進(jìn)行分析。因每種微塑料均有其特定的分子離子峰，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的出峰時(shí)間，對環(huán)境樣品中的微塑料進(jìn)行準(zhǔn)確定性，再根據(jù)總離子流圖的峰面積對微塑料進(jìn)行定量[4]。作為較為成熟的微塑料檢測方法，熱分析法已經(jīng)探索出了較為實(shí)用的前處理手段[15,16]，能夠有效采集并濃縮實(shí)際樣品中的微塑料粒子，雖然無法得到微塑料的形貌特征，但有效的成分鑒定和強(qiáng)力的質(zhì)量定量能力，受微塑料尺寸限制小等特點(diǎn)讓其成為最為實(shí)用的檢測手段之一。但遺憾的是，由于環(huán)境基質(zhì)的復(fù)雜性，有機(jī)質(zhì)等干擾物質(zhì)往往會(huì)與樣品的質(zhì)譜峰發(fā)生重疊，干擾到實(shí)際檢測。目前發(fā)表的研究中，在實(shí)際樣品檢測過程中熱分析法常作為微塑料定性的強(qiáng)有力手段[17]，但定量分析僅通過實(shí)驗(yàn)室的理想微塑料模型得到成功驗(yàn)證。”

“這下應(yīng)該了解了吧，雖然人類正在花大功夫治理我們，但是目前的檢測方法都不夠完善，沒有統(tǒng)一的度量和標(biāo)準(zhǔn)。面對復(fù)雜環(huán)境的基質(zhì)，他們拿咱就只能束手無策，要想完全‘拿捏’住我們，他們還有很長的路要走。”說到這里，微塑料小姐顯得很興奮，自豪的神情溢于言表。

“這下該安心了吧，咱就試試吧，‘入股’不虧啊！”病菌已經(jīng)完全抑制不住自己的興奮。

“看把你急得，不過照這個(gè)情況來看，這家旅行社還真是不錯(cuò)的選擇。那就請這位小姐幫忙安排我們的旅行計(jì)劃吧，非常感謝您的耐心講解?！便U終于放心下來。

“好的，為你們服務(wù)是我們的榮幸，我們一定會(huì)給你一個(gè)完美的旅行?！?/p>

在海面、土壤、空氣……這樣的旅行社每天都會(huì)發(fā)車，這樣的威脅隨時(shí)都有可能轉(zhuǎn)化為實(shí)際危害。人類對微塑料檢測的任務(wù)任重而道遠(yuǎn)……