塑料污染已经成为全球环境保护的重大挑战。无论是在河流、海洋、空气还是偏远山区,甚至在人体的血液和内脏中,塑料微粒的存在无处不在。公众和科研界长期关注的是直径小于五毫米的微塑料,但比其更小、直径不足一微米的纳米塑料,可能对健康和环境构成更为严重的威胁。纳米塑料可以穿透包括血脑屏障和胎盘屏障在内的重要生物防护机制,累积于肺部、肝脏和肾脏等重要器官中,甚至携带有害的污染物和重金属进入体内,这使得它们的检测和研究迫在眉睫。传统上,纳米塑料的检测依赖于复杂的分离和过滤工艺,随后用昂贵的电子显微镜观察。尽管这些技术能精确识别纳米级粒子,但耗时高、成本昂贵、设备门槛极高,且多局限于实验室环境,难以实现现场快速检测。
此外,一些光学检测方法如动态光散射在样本较为纯净时效果良好,但在真实环境样本中难以区分塑料颗粒与有机杂质,极大限制了其实用性。为解决上述难题,澳大利亚墨尔本大学与德国斯图加特大学的国际合作团队开发出一种创新性的光学筛网技术。该技术基于半导体材料砷化镓表面微米级洞穴阵列,称为"迈 void 空腔"。这些微小孔洞的直径各异,光照射下会呈现不同颜色,当含纳米塑料的液体覆盖在筛面上时,尺寸匹配的纳米颗粒会被电磁力吸附并嵌入对应大小的腔体内。通过化学冲洗,未匹配的颗粒被清理干净,留存的颗粒会使腔体颜色发生明显变化。令人惊讶的是,这种颜色变化在普通光学显微镜下即可被感知,无需昂贵的电子显微镜设备,只需配合普通的数码相机即可完成检测。
研究显示,这种"光学筛网"能检测到直径约为200纳米的单个塑料球体,覆盖了纳米塑料的核心检测范围。在实验验证中,研究团队首先使用纯净的聚苯乙烯微球溶液,观察到对应尺寸的腔体发生颜色变化,证明筛网准确捕获纳米颗粒。随后,将未过滤的湖水含有生物成分、砂粒及不同尺寸已知塑料微粒的混合样本滴加于筛网上,经过冲洗后,筛网仍可清晰分辨不同尺寸颗粒对应的颜色带,成功实现了纳米塑料在复杂环境样本中的检测,无需预先分离塑料和有机物质。这一创新方法不仅大幅降低了检测纳米塑料的门槛,还为环境保护和公共健康监测提供了全新的可能性。未来,该技术有望发展成为便携式设备,广泛应用于水源、海滩、污水处理及生物样本的常规监测,尤其在对血液和组织中纳米塑料影响的研究上,将发挥不可替代的作用。塑料耐用性虽是其优势,但也成为环境隐患。
它们在自然环境中不能被生态系统像其他有机物那样分解,只能通过光照、热能和机械力逐渐分解成微塑料,最终形成纳米塑料。纳米塑料粒径小,易于穿透生物屏障,造成机体负担和毒性累积,其携带污染物的能力也加强了其危险性。然而迄今为止,纳米塑料的实际环境浓度和影响范围仍缺乏充足的数据支持。新的光学筛网技术弥补了这一数据空白的第一步,为科学家和政策制定者提供了更完善的依据。此外,该技术的普及可能推动纳米塑料相关法规的制定与执行,提升公众和相关行业对微纳塑料污染的认识与重视。与此同时,针对纳米塑料的源头治理策略也将得以优化,从产品设计、使用到废弃处理的各环节减少塑料微粒的释放。
对于科学研究者而言,光学筛网的简便与灵敏提升了纳米塑料样本采集和分析效率,促进跨学科研究的开展,涵盖环境科学、材料科学及生命健康领域。总的来说,纳米塑料的检测和监控已迈入一个新时代。新型光学筛网技术结合了物理学的前沿理论与材料工程的创新实践,突破了高成本设备的束缚,有望成为环境监测和公共卫生保护的利器。未来加强技术的商业化和推广,配合法规支持,将有效助力全球塑料污染问题的科学应对,推动生态环境和人类健康的可持续发展。 。
