研究背景：

微塑料和纳米塑料已在人体血液及多种组织器官中被检出，其潜在健康风险受到广泛关注。然而，目前相关研究大多采用尺寸均一、成分单一的商业标准塑料微球作为模型，难以代表实际环境中的微纳塑料。此类颗粒通常经历机械磨损、受热老化和化学降解，其形貌、表面状态和分子结构可能与标准颗粒明显不同。不同颗粒还可能具有不同的结晶度和局部有序程度，并进一步影响其环境迁移和生物毒性。因此，在单颗粒尺度上同时表征微纳塑料的化学组成、形貌和微观结构，是理解实际暴露特征和开展毒理学评价的重要基础。

文章概述：

浙江大学张德龙课题组利用中红外光热显微成像（MIP），在单颗粒尺度上对瓶装水中微纳塑料的化学组成、形貌和光谱特征进行了分析，发现这些颗粒在尺寸、形貌和微观结构上均存在显著异质性。该技术通过可见探测光读取中红外吸收引起的光热变化，在获得红外光谱化学信息的同时，实现亚微米尺度的颗粒成像，并能够在同一颗粒上同时获得聚合物种类、尺寸、形状和光谱结构信息。研究发现，瓶装水中的塑料颗粒主要由瓶身材料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）构成，其中纳米塑料占比超过60%。这些颗粒在粒径和形貌上存在显著差异；与此同时，不同颗粒之间以及同一颗粒内部的光谱特征也表现出明显异质性，包括谱峰变窄、峰位偏移和谱峰分裂等，并反映出结晶度、分子链构象和局部有序程度的差异。相关光谱特征呈连续变化，提示颗粒在形成和释放过程中可能经历了复杂的微观结构演化。相关结果发表在Advanced Science上。

图文导读：

图1.基于中红外光热显微成像的瓶装水微纳塑料化学成像原理示意图。中红外光激发塑料颗粒的特征分子振动并产生局部光热效应，可见探测光则读取相应的折射率变化，从而在亚微米尺度上获得具有化学选择性的颗粒图像和光谱。与主要提供整体组成信息的传统分析方法相比，MIP能够直接观察滤膜上的单个微纳颗粒，并进一步分析颗粒内部的光谱和结构差异

图2.瓶装水中微纳塑料的样品处理、数据采集与分析流程。(a) 样品制备流程及中红外光热显微成像系统示意图。(b)在C─O─C伸缩振动、CH₃弯曲振动、CH₂弯曲振动和C═O伸缩振动模式下采集化学图像，并通过图像叠加获得颗粒区域分布图。(c) 提取颗粒光谱，经归一化和总变分光谱去噪处理后，与自建MIP光谱数据库及标准红外光谱数据库进行匹配，实现聚合物种类识别

图3.瓶装水中微纳塑料的丰度与组成特征统计。(a) 不同品牌瓶装水单个视场内检测到的平均颗粒数。(b) 不同品牌瓶装水中塑料颗粒浓度。(c) 不同品牌瓶装水中微塑料和纳米塑料的粒径分布及数量占比。(d)塑料颗粒的聚合物组成

图4.瓶装水中微纳塑料颗粒的形貌异质性分析。(a) 塑料颗粒圆度与最小Feret直径的二维分布。(b,c) 颗粒尺寸和形状的总体分布及累积分布。(d,e) 不同聚合物的尺寸和形貌分布特征

图5.瓶装水中PET颗粒结构异质性的光谱特征及统计分析。(a) 商业PET标准颗粒、瓶身PET材料及瓶装水中PET颗粒的MIP光谱及差谱。(b) 瓶身PET和PET颗粒在羰基振动区和酯基C─O─C振动区的峰拟合结果。(c) 241条PET颗粒光谱的主成分分析（PCA）得分图。(d) 沿主成分PC1方向排序的PET颗粒光谱，展示羰基振动区、酯基振动区以及构象敏感振动区连续演化特征

这些结果表明，即使属于同一种聚合物，实际样品中的颗粒也可能具有不同的物理化学状态。仅依据粒径和聚合物种类进行描述，难以充分反映实际暴露颗粒的复杂性。单颗粒MIP分析为研究颗粒结构、环境行为与生物效应之间的关系提供了新的表征手段

论文信息：

Single-Particle Physicochemical Characterization Reveals Hidden Heterogeneity in Real-World Nanoplastic Contamination

Xinyu Deng, Yongqing Zhang, Xiaobin Tang, Hyeon Jeong Lee, Delong Zhang*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202524291

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202524291

期刊介绍：

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