微塑料旅行社

邓子强，宋红杰，刘睿,＊，吕弋

1四川大学化学学院，成都 610064

2四川大学分析测试中心，成都 610064

闲来无事，病菌正兴致勃勃地在附近的旅行社咨询，希望能够到人类体内来一次畅快的旅行，顺便再搞搞破坏。

病菌正在闲逛着，突然碰上了重金属铅：“铅兄弟，你也准备跟着旅行社出去找找乐子啊？”

铅长叹一声道：“唉，别说了，这些传统的生物传播旅行社都不太行了啊，上次跟一个蚊虫旅行社出行，出发前信誓旦旦地跟我说一定把我送到人体，结果还没进房门就被周围的灭蚊灯给吓跑了，我连个人的影子都没看见。”

“确实，像一些生物传播渠道啊，人类是越来越重视，我也是好久没有感受到人的气息了，就恨不得自己长双翅膀飞过去啊。”

重金属铅拍了拍病菌的肩膀叹气道：“再逛逛吧，实在不行也没有办法。”

逛着逛着，这哥俩在街角听到一串吆喝声：“微塑料旅行社新店开张，本店的特点就是悄无声息、无孔不入，力求为各位提供安全有效的旅程，送每一位旅客进入人体，欢迎各位进店咨询。”

“微塑料？你听说过吗？”病菌问道。“没有。哼，还悄无声息、无孔不入，一听就是假的，现在人类手段越来越多，随便整俩检测手段这么一测，全部原形毕露。”重金属铅不屑道。“去咨询一下嘛，又不吃亏。”就这样，病菌扯着重金属铅来到微塑料旅行社。

“听说你们能帮我们安排一场人体旅行？”病菌迫不及待地冲到前台问道。只见前台坐着一个体态娇小的微塑料小姐：“对的，你们二位要一起出发吗，我们可以安排的哦。”

“就你们这小身板，能载得下我们？”铅问道。

“别看我们是直径不足5 mm颗粒，但是我们有超大的比表面积，像二位这种体型的，我们店的员工能够载很多的，而且附着牢固，保证你们的旅程平稳。”微塑料小姐微笑回答道。“另外，你们可以看一下我们的诞生来源，对我们微塑料有一个初步的了解之后，相信你们会对本旅行社的实力充满信心。”说着，微塑料小姐姐给他们一人一份制作精美的旅行社简介传单。

原来，微塑料来源也得追溯到人类身上，自从人类开始大量使用塑料制品之后，大量的废弃塑料被滞留在自然环境中，而在物理破碎以及一些微生物的降解作用下，塑料破碎降解为极小的塑料颗粒[1]，从而通过自然循环进入人体(图1)。另外，近年来不少工程微塑料的使用，更是直接加剧了环境中微塑料的污染程度。因为是新兴的环境污染物，人类对微塑料的毒理分析还不充分，除了其本体的固有毒性以外，还可以成为大量病原体和污染物的温床。

图1 微塑料及其生物相互作用的潜在运输途径

铅看到这些介绍，不禁对这个奇特的旅行社也产生了浓厚的兴趣：“那你们说的无孔不入是怎么回事呢，你们真的能够做到无孔不入吗？”

微塑料小姐报以微笑：“我们微塑料直径在5 mm以下，小的可以达到几个nm，像这种直径在1 μm以下的被称之为纳米塑料[2]，这可是我们旅行社的黄金员工。如果你们需要的话，可以选择纳米塑料，因为颗粒极小，它们不仅能够自由出入人体呼吸以及血液循环系统，更能够被人体细胞吸收[3](图2)，可能直接产生血管沉积、细胞附着、穿越生物屏障、破坏神经和生殖等生物效应[4]。更重要的是，由于人类对塑料的过度使用，废弃塑料几乎随处可见，这让我们几乎在一切地方都有开办微塑料旅行社的可能，在水体、沉积物、生物、土壤、大气等各种环境介质中[5]，很容易通过各种途径接触到人类。”

图2 暴露24 h后，标记为F-肌动蛋白(紫色)和细胞核(蓝色)的人肺上皮癌细胞(A549)显示摄取了标记为FITC(黄色)的200 nm氨基改性聚苯乙烯颗粒[6]

“你们有这么强的渗透性啊！还分布宽泛到离谱！”病菌两眼冒着激动的星星。“他们真的很靠谱欸！”它拉着铅激动地说道。

“别着急啊，现在看来它们是很优秀，但是还没了解清楚呢。”铅对病菌的急切颇感无奈，转身又向微塑料小姐问道：“这位小姐，我还是不放心，现在人类的检测技术这么成熟，像各种光学检测器和质谱检测器，你们旅行社真的可以逃过他们的法眼吗？”

“这个你还真是问到点子上了，因为涉及的方面比较多，听我慢慢给您阐述一下目前人类对我们微塑料检测的情况(表1)。”

表1 常见的微塑料颗粒的检测原理、适用范围、优势及局限

“由于是新兴污染物，人类对我们的认知还相对不够完善，但是想要全面地检测出我们，通常需要具备在低浓度下能够得到对应形貌尺寸、环境丰度及组成成分等信息的能力，并且具有较好的粒径检测限。但是目前在微塑料检测方面缺少量化的标准化采样和分析方法，而且目前的检测方法无法同时得到三个信息，且检测实际样品的能力十分有限[7,8]。

在采样收集方面，大体积采样所使用的拖网法，所采样品代表性较高但是会忽略小尺寸的微塑料；采用泵抽或桶采的方法虽然样品代表性不足但能够保留较小的微塑料颗粒。而我们微塑料从来都不是一个人在战斗，在环境中通常以团聚物的形式存在，在采样之后往往还伴随着消解的步骤，然而因为微塑料不具备特异性、所处基质环境不同等原因，导致采样和分离步骤并没有一个很好的标准化方法[9]。

传统的显微技术作为常见的小颗粒物检测技术，能完成对极小颗粒的检测，但通常只能提供粒径信息，而目前一些显微技术常与光学传感联用，如：SEM-EDX (扫描电镜-能量色散X射线光谱)和AFM-IR (原子力显微镜-红外光谱)，可获取形貌之外的材料理化和分子信息[4]。目前普适的纳米粒子检测技术在很大程度上也能应用于微塑料，尤其是纳米塑料的检测中去，比如动态光散射技术(DLS)、纳米颗粒追踪技术(NTA)就可以完成颗粒尺寸和浓度的定量[10,11]。但这些技术往往只适用于理想的实验环境，面对自然环境中复杂的因素，如：微塑料的不规则形貌、复杂的包被表面、尺寸的巨大差异，都会带来很大的干扰。

在检测环境的影响下，目前应用于微塑料识别检测频率最高的是光谱分析法(FTIR、Raman)和热重分析法(Py-GC-MS、TED-GC-MS)[12]。

光学检测技术优势在于能够实现无损分析，并且无需样品前处理过程，分析速度较快，而利用干涉原理，将带有样品信息的干涉光经过傅里叶变换成光谱图的傅里叶红外光谱(FTIR)虽然具有良好的分辨率，但是只适用于有红外光谱特性且粒径≥ 20 μm的微塑料；要求样品基质中无水，背景干扰低[13]。这些特性严重限制了FTIR在微塑料检测领域的应用。由于是检测入射光照射样品产生的散射光，传统拉曼光谱(Raman)信号较弱，对于微塑料检测存在一定的困难。而表面增强拉曼(SERS)克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点，由于电磁场的增强效应，位于热点的单个粒子可以获得很大的增强因子。而且最近的研究已经将SERS对微塑料的可检测粒径降至360 nm[14]，大大提高了其实际应用的价值。但拉曼光谱易受无机离子及荧光的干扰，入射激光波长的变化会增大数据解释的难度等缺点仍无法避免。

热分析法将分析物在高温下裂解成聚合物碎片，然后碎片在气相色谱中分离，最后进入质谱中，分别对不同的聚合物碎片进行分析。因每种微塑料均有其特定的分子离子峰，可以根据标准品的出峰时间，对环境样品中的微塑料进行准确定性，再根据总离子流图的峰面积对微塑料进行定量[4]。作为较为成熟的微塑料检测方法，热分析法已经探索出了较为实用的前处理手段[15,16]，能够有效采集并浓缩实际样品中的微塑料粒子，虽然无法得到微塑料的形貌特征，但有效的成分鉴定和强力的质量定量能力，受微塑料尺寸限制小等特点让其成为最为实用的检测手段之一。但遗憾的是，由于环境基质的复杂性，有机质等干扰物质往往会与样品的质谱峰发生重叠，干扰到实际检测。目前发表的研究中，在实际样品检测过程中热分析法常作为微塑料定性的强有力手段[17]，但定量分析仅通过实验室的理想微塑料模型得到成功验证。”

“这下应该了解了吧，虽然人类正在花大功夫治理我们，但是目前的检测方法都不够完善，没有统一的度量和标准。面对复杂环境的基质，他们拿咱就只能束手无策，要想完全‘拿捏’住我们，他们还有很长的路要走。”说到这里，微塑料小姐显得很兴奋，自豪的神情溢于言表。

“这下该安心了吧，咱就试试吧，‘入股’不亏啊！”病菌已经完全抑制不住自己的兴奋。

“看把你急得，不过照这个情况来看，这家旅行社还真是不错的选择。那就请这位小姐帮忙安排我们的旅行计划吧，非常感谢您的耐心讲解。”铅终于放心下来。

“好的，为你们服务是我们的荣幸，我们一定会给你一个完美的旅行。”

在海面、土壤、空气……这样的旅行社每天都会发车，这样的威胁随时都有可能转化为实际危害。人类对微塑料检测的任务任重而道远……