微塑料，登上Nature头条！

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-02-12 07:50

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一小瓶人类脑组织切片随着碱液的加入开始溶解。接下来的几天里，这种腐蚀性化学物质将分解其中的神经元和血管， 最终留下一团含有数千个微小塑料颗粒的浑浊浆液 。

毒理学家Matthew Campen一直用这种方法来分离和追踪人类肾脏、肝脏以及大脑中发现的微塑料及其更小的同类——纳米塑料。Campen来自美国新墨西哥大学阿尔伯克基分校， 他估计可以从捐赠的人类大脑中分离出约10克塑料，大致相当于一支未使用蜡笔的重量 。科学家们几乎在每一个探查过的地方都发现了微塑料：偏远岛屿、南极洲的新鲜积雪、西太平洋马里亚纳海沟底部、食物、水和我们呼吸的空气中。像Campen这样的科学家发现 它们遍布人体 。

然而，检测仅仅是第一步。要精确确定这些塑料在人体内的具体作用及其是否具有危害则困难得多。这是因为 “微塑料”并非单一物质，其尺寸、形状和化学成分差异巨大，每一种都可能对细胞和组织产生不同影响。

这正是Campen手中那团米色浆液的意义所在。尽管微塑料无处不在，但人们难以确定具体暴露于哪些微塑料、通过何种途径暴露，以及哪些颗粒能深入人体各个角落。Campen从尸体中采集的样本 可用于测试活体组织如何响应这些人体携带的塑料。

“从病态的角度来说，我能想到获取优质且相关微塑料的最佳来源就是消化一整个人类大脑。”Campen说道。

世界渴求数据——例如， 2023年德国消费者将食品中的微塑料列为环境健康问题的首位 。目前，一项可能限制塑料生产的全球条约谈判正在进行中。 研究成果因分析方法不足、污染风险以及跨学科合作缺乏而进展缓慢 。“目前没有操作手册，也没有标准流程指南，”佛罗里达州坦帕市莫菲特癌症中心的癌症研究员Kathleen Egan表示，“我们只能边做边摸索，这是个过程。”

但已有迹象表明，科学家们正在解决这些问题，该领域正在成熟。Campen是一群开发非传统方法并组建跨学科团队的科研人员之一。他们正与时间赛跑——塑料生产始于不到一个世纪前，但年产量屡创新高，而塑料需数百年甚至数千年才能降解，在此过程中将产生数百万微塑料。

“微塑料无处不在，”荷兰瓦赫宁根大学环境化学家Bart Koelmans说，“我们无处可逃。”

堆积成灾

“微塑料”一词诞生于20年前，但直到过去10年，研究人员才从研究环境和动物中的颗粒转向评估其对人类健康的影响，挪威科技大学（特隆赫姆）生物学家Martin Wagner表示。“这是一个新兴领域。”

Campen的团队已发现严峻结果：随着塑料产量激增，大脑、肝脏和肾脏中的微塑料浓度也在攀升。其团队本月发表于《自然医学》的研究显示， 2024年脑样本中的微塑料平均浓度较2016年样本高出约50%，且脑样本中的微塑料含量是肝脏和肾脏样本的30倍。

一项1月发表的研究可能揭示了这些颗粒的聚集方式。研究人员给小鼠喂食含微塑料的水，并追踪其体内颗粒的移动路径。他们发现， 塑料被免疫细胞吞噬，最终堆积并堵塞大脑中的微小血管。

微塑料对人体器官的影响仍是研究焦点。实验室中将微塑料加入人体组织样本可导致细胞死亡、免疫反应和组织损伤。数百项动物（主要是水生生物）暴露于微塑料的研究发现，这些颗粒可能阻塞肠道或损害繁殖能力。 基于这些发现，研究人员推测微塑料可能与人类癌症、心肾疾病、阿尔茨海默病或生育问题相关。

但尚无证据表明微塑料直接导致人类健康问题——仅有数据显示相关性。2024年3月的一项里程碑研究指出， 约250名接受心脏手术的患者中近60%的动脉中存在微塑料或纳米塑料 。 这些患者在术后三年内发生心脏病、中风或死亡的风险是动脉无塑料者的4.5倍。

但正如研究作者所承认的，塑料的存在可能与饮食或社会经济地位等其他健康影响因素相关。

流动的沙丘

该领域在过去十年迅速发展：例如，2014年爱思唯尔Scopus数据库中仅收录20篇含关键词“微塑料”的论文，而2024年已近6000篇。美国国立卫生研究院（NIH）七年前（2018年）才首次发放含“微塑料”一词的资助项目，此后已资助超45个项目。

随着资金涌入和兴趣增长，研究人员仍在开发方法。“这种创新浪潮令人兴奋，”新泽西州罗格斯大学毒理学家Phoebe Stapleton表示，她研究孕期塑料暴露的影响，“但也意味着 各团队使用不同的分析方法检测和表征微塑料，且少有研究评估各方法的可靠性或有效性 。”

“ 缺乏标准化使得不同团队的研究难以直接比较 ，”阿尔伯克基新墨西哥大学黏膜免疫学家Eliseo Castillo指出。例如，许多研究使用原始微塑料（如小圆球），但这些颗粒无法代表环境中微塑料的多样性。部分研究者认为这是目前最易获得且标准化的材料，另一些人则称其与真实暴露差异巨大，浪费资金。“我们疯狂捍卫自己的领域，”Campen说，而这可能最终阻碍结论性数据的获取。

塑料本身的变量包括尺寸、形状和成分。许多塑料还涂有超1万种化学添加剂以增强柔韧性、阻燃性或可降解性 。此外，塑料可能对不同器官或细胞类型产生不同影响。例如， 尖锐的微塑料碎片在脆弱的肺部环境中可能比在咽喉中更具破坏性。

“ 剂量和摄入途径同样关键 ，”纽约罗切斯特大学医学中心吸入毒理学家Alison Elder表示，“吸入途径是主要担忧，因为若吸入的塑料能进入肺部深处引发炎症，它们无需移动即可导致健康问题。”

从微米到纳米

伦敦帝国理工学院环境毒理学家Stephanie Wright指出， 最令人担忧的是被吸入和摄入的最小塑料颗粒。 尺寸小于1微米的颗粒被称为纳米塑料（部分学者建议将阈值定为约0.1微米）。根据摄入途径，部分数据表明较大颗粒会通过消化系统排出，而 纳米塑料可能被细胞吸收，人体缺乏分解或排出它们的机制 。

例如，Stapleton团队发现，在怀孕期间，胎盘无法阻挡纳米颗粒进入大鼠胎儿，且纳米塑料会从母体转移至胎儿并迅速扩散至胎儿组织。“重要的是了解这些颗粒在胎儿体内的作用，”Stapleton强调，“因为相对于成人，它们在胎儿中占据的空间比例更大。”

关于纳米塑料，科学家知之甚少，因缺乏可视化与分析工具。“使用大多数显微技术时， 你无法看到小于约250纳米的颗粒——而这些恰恰是量化组织累积剂量的关键 ，”Elder表示。

污染亦是难题——塑料无处不在，包括储存生物样本的试管和器皿中。研究肺癌与微塑料暴露关联的Egan指出， 获取肺样本的每一步都涉及塑料部件。研究人员必须量化背景值以区分信号与噪声。

“变量如此之多，很容易陷入困境，”Wagner说，“但若想快速积累证据，我们需要更聪明的策略。”例如，科学家可根据塑料和添加剂的结构分类，并预测其对健康的影响。

重大决策

数据匮乏使研究人员难以向公众和政策制定者传达潜在风险 。这是熟悉的困境：科学家长期面临基于不完整数据提出建议的挑战，如空气污染或吸烟问题。

但对微塑料的关注和担忧正推动科学家紧急寻求答案。“当人们问我该对微塑料采取什么措施时，我觉得自己应该有所回应，”Stapleton说，“人们真的很在意。”

时间紧迫：全球每年生产约4亿吨塑料，预计到2050年将翻倍以上。即使立即停止所有塑料生产， 现存于垃圾填埋场和环境中约50亿吨的塑料仍将持续降解为微塑料 。“最好在数字继续滚雪球前加以限制，”Wagner说。

今年是全球塑料治理的关键年：过去两年，各国在联合国环境规划署（内罗毕）领导下协商一项旨在终结塑料污染的条约，可能限制全球塑料产量以减缓微塑料进入环境。谈判尚未达成协议，但代表们计划今年重启。

微塑料，登上Nature头条！

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