近年来，微纳米塑料作为一类新污染物得到了公众和科学家的广泛关注。相较于微塑料，纳米塑料（尺寸1 μm以下）具有赋存数量大、吸附效率高、跨生物膜能力强等特点，可能展现出更为强烈的生态和毒性效应。海岸带是人口密集、社会经济活动频繁、渔业生产集中的区域，同时是纳米塑料的重要汇集区域，阐明纳米塑料在海岸带环境和生物体内的迁移行为和毒性机制，对于全面、准确理解塑料污染的环境生态效应以及对人类健康的影响，具有重要的科学意义，其研究也更具挑战性。目前，具有真实环境意义的纳米塑料样品制备、复杂基质中纳米塑料的高灵敏示踪技术是本领域的瓶颈问题，亟待突破。中国科学院烟台海岸带研究所重点实验室王运庆、陈令新海岸带“化学与生态要素的分析监测”团队在纳米塑料模型粒子、分析方法以及毒理效应等方面开展科研工作，取得系列研究进展。
1、“真实”纳米塑料样品制备、标记和定量分析
目前纳米塑料研究流行使用化学合成粒子聚苯乙烯（PS）纳米球，塑料材质种类不足，生成途径和理化性质等方面也缺乏环境真实性。该团队发展了一种以日用塑料制品为原料，模拟环境中机械摩擦途径制备纳米塑料的方法。通过料理机打磨和差速离心方式，制备聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等多种材质和多种粒径分布的纳米塑料。其在塑料材质、形貌、密度、添加剂成分等方面，与环境中真实样品更接近，为纳米塑料研究提供了“样品库”。
进一步发展了基于含铱元素有机分子标记、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）定量测定纳米塑料的新方法（图1）。以矿泉水瓶为原料制备的PET纳米塑料为代表，定量研究了其在小鼠体内和海岸沉积物中的迁移行为规律。结果表明，单次静脉注射条件下，纳米塑料主要分布于小鼠肝脏和脾脏；单次灌胃条件下，纳米塑料仅分布在消化道，没有进入外周器官。海岸沉积物再悬浮实验表明，纳米塑料在海水中的沉降与震荡时间有关，时间延长有助于其与悬浮物充分结合。研究进一步揭示了纳米塑料更容易沉降在上清液和沉积物的交界处，暗示了底栖生物具有较大的暴露风险。该工作为复杂介质中纳米塑料的高灵敏、高专属性示踪检测提供了新方法，相关工作发表在Journal of Hazardous Materials（2022, 424, 127628）。
图1. 以矿泉水瓶为原料的PET纳米塑料制备、铱元素标记示意图，以及静脉注射条件下纳米塑料在小鼠体内的定量分布
2. 纳米塑料的毒性效应
该团队以斑马鱼胚胎作为动物模型，研究不同粒径和环境晕包覆的PET纳米塑料的体内分布和毒性效应（图2）。荧光标记成像显示纳米塑料可以透过卵膜进入到胚胎内部，研究发现胚胎孵化率、心率和活性氧物种产生等生物学指标受纳米塑料尺寸、浓度和表面性质影响。相关工作发表在Environmental Science-Nano（2020,7, 2313-2324，hot article）。
探究了纳米塑料与苯并芘（Bap）形成的复合污染物及其与细胞的相互作用问题。研究发现PS纳米塑料吸附Bap纳米团簇，并作为载体携带Bap进入细胞，定位于溶酶体、线粒体和内质网；纳米塑料的结合作用降低了不同尺寸Bap团簇诱发细胞毒性的差异。该工作发表在Nanoscale（2021, 13, 1016-1028）。进一步探索了体内粘液对纳米塑料复合污染物生物效应的影响。发现表面形成的黏蛋白晕能够改变复合污染物的摄取机制、胞内蓄积和亚细胞器分布，降低复合污染粒子胞内转运速率，延迟纳米塑料和Bap的解离进程，从而降低复合污染物的细胞毒性。相关工作发表在Journal of Hazardous Materials（2021, 406, 124306）。
图2. PET纳米塑料的扫描电镜和粒径分布，以及在斑马鱼卵和幼鱼体内的分布
上述工作为未来深入开展海岸带区域纳米塑料污染物的环境行为、环境效应和人类健康风险评估等研究提供了技术储备。相关研究得到国家自然科学基金（42076199, 21976209）等项目的支持。
相关论文：
1. Qi Gao, Yunqing Wang,* Yunxia Ji, Xizhen Zhao, Panpan Zhang, Lingxin Chen,* Tracking of realistic nanoplastics in complicated matrices by iridium element labeling and inductively coupled plasma mass spectroscopy, Journal of Hazardous Materials, 2022, 424, 127628. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127628
2. Yunxia Ji,# Chuyu Wang,# Yunqing Wang,* Longwen Fu, Mingsan, Lingxin Chen,* Realistic polyethylene terephthalate nanoplastics and the size- and surface coating-dependent toxicological impacts on zebrafish embryos, Environmental Science-Nano, 2020,7, 2313-2324. https://doi.org/10.1039/D0EN00464B
3. Yunxia Ji,# Yunqing Wang,# Dazhong Shen, Qi Kang,* Jiping Ma, Lingxin Chen,* Revisiting the cellular toxicity of benzo[a]pyrene from the view of nanoclusters: size- and nanoplastic adsorption-dependent bioavailability, Nanoscale, 2021, 13, 1016-1028. https://doi.org/10.1039/D0NR06747D
4. Yunxia Ji, Yunqing Wang, Dazhong Shen, Qi Kang,* Lingxin Chen,* Mucin corona delays intracellular trafficking and alleviates cytotoxicity of nanoplastic-benzopyrene combined contaminant, Journal of Hazardous Materials, 2021, 406, 124306. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124306
