微（纳米）塑料无处不在，已成为日益凸显的全球性环境问题、引发了广泛的公众关注。纳米塑料尺寸远小于微塑料，由于缺少有效的分析技术，人们对纳米塑料的了解非常有限。本研究开发了受激拉曼散射显微技术，可用其快速分析微（纳米）塑料颗粒，该技术具备前所未有的高灵敏度和高特异性。通过该技术检验测试瓶装水，发现每升水中可能含有数十万计的可识别塑料颗粒，其中90%是纳米塑料，直径可低至100纳米。这项研究有望在纳米水平上弥合塑料污染方面的知识差距。

  来自美国哥伦比亚大学和罗格斯大学的研究人员开发了一种强大的光学成像技术，揭开了一个几乎未被人知晓的新领域——纳米塑料世界。相关研究以“Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy”为题发表在PNAS上。研究者首次对纳米塑料进行了计数和识别，发现每升瓶装水中大约含有240,000个微（纳米）塑料颗粒，这一数字是前期基于较大尺寸颗粒估算值的10-100倍。

  人们对微塑料（直径介于1微米到5毫米）的关注与日俱增。无论是极地冰川、土壤、饮用水、还是食物中，微塑料无处不在。与天然有机物不同，大多数塑料并不能分解成相对无害的物质，它们只是不断地分解成更小的、化学组成相同的微小塑料微粒。

  纳米塑料源自微塑料的进一步分解，直径小于1微米。因其尺寸极其微小，纳米塑料可以穿过大肠和肺部、立即进入血液循环系统、进而进入心脏和大脑等多人体器官。纳米塑料还可以攻击单个细胞，贯穿胎盘并进入到胎儿体内。文章通讯作者之一、美国哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站（LDEO）的环境化学家颜备战教授（Beizhan Yan）表示，“这是一个以往未被完全探索的新领域。以往研究大多在推测潜在物质的基础上展开的，而我们的研究则为深入探索这个全新的纳米塑料世界打开了一扇窗。

  2018 年的一项研究显示，每升瓶装水中平均含有325个塑料颗粒，随后的研究中发现的颗粒数量甚至有了成倍的增长。科学家们怀疑实际数量已经远超于现有估算水平，但对于直径小于1微米的纳米塑料，更为精确的估算却受到了限制。

  通过新的显微技术对聚苯乙烯塑料的微小颗粒进行成像（颗粒直径约为 200 纳米，供图：钱乃馨)

  “人们开发出了观察纳米粒子的方法，但传统纳米粒子成像的方法没办法提供鉴别这些颗粒化学组成的信息，”该文章的第一作者、哥伦比亚大学化学系博士生钱乃馨说，“很多以前的研究把水中收集得到所有物质作为一个整体来分析，没有很好的方法在计数单个颗粒的基础上识别哪些是塑料或是其它物质。”

  新研究使用了受激拉曼散射显微技术(stimulated Raman scattering，SRS)，该技术由另一通讯作者、哥伦比亚的生物物理学家闵玮（Wei Min）共同研发的。研究人员针对七种常见纳米塑料创建了基于数据驱动的算法来解析结果， “探测是一回事，但了解你探测到的是什么又是另一回事” 闵玮教授说。SRS是一种基于拉曼散射的先进显微成像技术。SRS使用两束激光同时照射到样品上，两束激光的频率之差被精确调制，以匹配样品中特定分子振动模式的能量。当这两束激光同时作用于样品时，会发生拉曼散射，其中拉曼信号会被极大增强，形成受激拉曼散射。这种增强的拉曼信号使得成像速度和信号的信噪比大幅度的提升，以此来实现高分辨率和高速度的成像。

  运用SRS技术，研究人员监测了美国常见的三个品牌的瓶装水中的纳米塑料，分析的塑料尺寸最小可达100纳米。他们在每升水中发现了11万到37万不等的塑料颗粒，其中90%是纳米塑料，其余的则为微塑料。他们还确定了这些纳米塑料是七种特定塑料中的哪一种，这些特性在生物医学研究中可能很有价值。

  聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是常见的一种纳米塑料，广泛用作多种塑料饮料/调味料瓶的原材料。挤压或加热水瓶以及反复开闭瓶盖均可导PET进入水中。需要我们来关注的是，水中聚酰胺的数量甚至超过了PET，这些过量的聚酰胺可能来来自装瓶前净化水用的塑料过滤器。研究人员还在水中发现了其他几种常用于工业生产的塑料，如聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。有必要注意一下的是，不一样的塑料颗粒的大小分布也不一样，这一些信息是把所富集到的颗粒作为整体分析的传统方法很难揭示的。

  然而，令人担忧的是，这七种已检测到的塑料类型仅占样本中所有发现的纳米颗粒的十分之一，其余颗粒的成分尚不明确。如果这些都是纳米塑料，每升瓶装水中的纳米塑料含量可能高达数千万。但这些颗粒几乎可能是任何物质，“看似简单的水样中有复杂的颗粒组成，都会存在的天然有机物更加要求我们进行谨慎的区分。”作者在文中指出。

  研究人员慢慢的开始关注瓶装水外的其它对象， “有一个巨大的纳米塑料世界有待探索“，虽然纳米塑料的质量占比远低于微塑料，但闵玮教授认为，“重要的不仅是质量， 还有数量。因为颗粒越小，更容易进入到我们体内。”

  在未来的研究中，研究团队计划关注自来水，并比较其与瓶装水的微（纳米）塑料含量。颜教授正主持一个项目，旨在研究洗衣服时产生的微（纳米）塑料，这些塑料最终进入废水中。根据颜目前的统计，每10磅衣物可产生数百万计来自合成材料的微（纳米）塑料。颜及其团队已经着手设计设备、拟用其过滤商用/家用洗衣机中的颗粒物，以此来降低污染。研究团队也计划分析他们在英国的合作者在徒步穿越南极洲西部过程中采集的雪样本中的微（纳米）塑料颗粒。颜和闵教授也在和哥大、纽约大学、和罗格斯大学的研究人员一起研究纳米塑料的健康效应。

  钱乃馨说，发现这么多塑料颗粒并非完全超出意外，因为一个一微米的颗粒理论上能分解出1000个一百纳米的颗粒，真正让人吃惊的是，看起来纯净的瓶装水里也有复杂的微（纳米）塑料组成。

  文章作者另包含哥伦比亚大学化学系的高新和郎小琦，哥伦比亚大学LDEO的邓惠娉和Teodora Maria Bratu，哥伦比亚大学公共卫生学院的陈琦轩，以及罗格斯大学的Phoebe Stapleton。