微塑料(MPs)和納米塑料(NPs)的環(huán)境污染已成為全球性科學(xué)問(wèn)題。這些粒徑小于5 μm的塑料顆粒不僅廣泛存在于水體和土壤中,更能通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)富集,引發(fā)潛在的生態(tài)和健康風(fēng)險(xiǎn)。然而,當(dāng)前微塑料研究面臨兩大技術(shù)瓶頸:
1.檢測(cè)靈敏度不足:傳統(tǒng)紅外光譜和熱分析方法難以實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)塑料顆粒的精準(zhǔn)識(shí)別;
2.原位分析缺失:生物樣本中的微塑料分布與細(xì)胞相互作用機(jī)制缺乏高分辨率的原位表征手段。
共聚焦拉曼光譜技術(shù)因其高空間分辨率(<0.5 μm)、無(wú)損檢測(cè)特性及分子指紋識(shí)別能力,為微塑料研究提供了突破性解決方案。
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· 無(wú)損、無(wú)標(biāo)記原位鑒定:
直接獲取微塑料的化學(xué)“指紋”信息,最大限度保持樣品原始狀態(tài)。
· 亞微米級(jí)空間分辨率:
實(shí)現(xiàn)微塑料在組織、細(xì)胞乃至亞細(xì)胞器水平的精確定位,提供關(guān)鍵的空間分布證據(jù)。
· 同步獲取生化信息:
在鑒定微塑料的同時(shí),揭示其引起的脂質(zhì)、蛋白等內(nèi)源性代謝物的變化,將“污染”與“損傷”關(guān)聯(lián)。
· 突破衍射極限的靈敏度:
成功表征常規(guī)方法難以檢測(cè)的80 nm納米塑料信號(hào),為研究納米級(jí)污染物的生物效應(yīng)提供可能。
案例一:拉曼光譜表征植物種子內(nèi)微塑料
以往研究發(fā)現(xiàn)植物的根系能吸收納米塑料,而對(duì)于納米塑料能否最終進(jìn)入果實(shí)仍不清楚。
· 解決方案:研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)掃描電鏡,激光共聚焦,拉曼光譜和傅里葉紅外光譜等實(shí)驗(yàn)證明了聚苯乙烯納米塑料(PS-NPs,80nm)分別能在常見作物花生和水稻的果實(shí)中積累。進(jìn)一步,采用粗?;肿觿?dòng)力學(xué)模擬研究了納米塑料和植物細(xì)胞膜的相互作用,模擬發(fā)現(xiàn)PS納米塑料在接近細(xì)胞膜時(shí),會(huì)與膜磷脂存在較強(qiáng)的范德華相互作用,并進(jìn)一步通過(guò)包裹內(nèi)吞的方式進(jìn)入膜內(nèi),從而揭示了納米塑料進(jìn)入果實(shí)細(xì)胞中的分子機(jī)制。
文章鏈接:《Advanced Science》丨納米塑料能在作物的果實(shí)中積累并影響其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的分子機(jī)制
案例二:基于拉曼光譜的小鼠腎臟MPs表征及腎臟脂質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
腎臟作為代謝的核心器官之一,其脂質(zhì)代謝依賴脂肪酸氧化,但MPs如何干擾腎臟脂質(zhì)組穩(wěn)態(tài)仍不明確。有研究表明,聚苯乙烯微塑料可誘導(dǎo)腎臟線粒體功能障礙與炎癥反應(yīng),然而聚丙烯(Polypropylene, PP)微塑料對(duì)腎臟脂質(zhì)代謝的影響尚未系統(tǒng)解析。
· 解決方案:通過(guò)拉曼光譜結(jié)合多變量分析與脂質(zhì)組學(xué),揭示了聚丙烯微塑料(PP-MPs)通過(guò)紊亂脂質(zhì)代謝和誘發(fā)氧化應(yīng)激失衡引發(fā)小鼠腎臟損傷的分子機(jī)制。
文章鏈接:用戶文章丨《Chemosphere》 吉林大學(xué)張大奕教授團(tuán)隊(duì)與浙江中醫(yī)藥大學(xué)劉明英教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)表微塑料損傷腎臟脂質(zhì)組新機(jī)制
在微塑料研究領(lǐng)域,科研工作者面臨的挑戰(zhàn)不僅在于“找得到”,更在于“說(shuō)得清”其生物學(xué)效應(yīng)。P300共聚焦拉曼光譜儀為此提供了強(qiáng)有力的支持!
參考文獻(xiàn):
[1]Meng Jiang, Binqiang Wang , Rui Ye , Ning Yu , Zhenming Xie, Yuejin Hua, Ruhong Zhou, Bing Tian, Shang Dai. Evidence and Impacts of Nanoplastic Accumulation on Crop Grains. Advanced Science. 2022-10-17 , DOI: 10.1002/advs.202202336
[2]MingyingLiu , Miao Wang , Xinglin Sun, Ju Mu, Tingting Teng, Naifu Jin, Jiaxuan Song, Bei Li Dayi Zhang. Polypropylene microplastics triggered mouse kidney lipidome reprogramming combined with ROS stress as revealed by lipidomics and Raman biospectra. Chemosphere. 2025. Doi: 10.1016/j.chemosphere.2024.143926
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