光谱仪如何发现血液中的微塑料

塑料的生产、消费和由此产生的废物是一个国际问题，2017年全球生产的塑料超过3亿吨。1虽然许多国家越来越多地鼓励避免使用一次性塑料和更多地采用回收利用，但国际上对塑料材料的需求仍在继续增加。寻找合适的塑料材料替代品对许多应用来说是具有挑战性的，例如医疗保健。尽管联合国有明确的动机来制定新的决议来解决塑料生命周期的问题，但塑料垃圾可能在几年内仍然是一个问题。

除了大块的塑料垃圾，人们越来越关注微塑料的潜在污染力及其在食物链中的积累。3 微塑料是指尺寸在1-5000微米之间的塑料颗粒。它们是由较大的塑料碎片分解形成的，其中包括物理或化学磨损。由此产生的颗粒可以有多种形状，包括纤维状或球形。

确切地说，微塑料是否对人类健康形成威胁仍不清楚。然而，微塑料在自然环境中无处不在，以及微塑料废物制造过程中使用的各种化学添加剂的存在，引起了人们的关注，并要求进一步调查。

最近的工作是利用分析化学技术来量化病人血样中的微塑料浓度。从结果来看，微塑料显然可以进入人类的血液，并表明人们遇到的某些类型的微塑料具有生物活性，并可能被输送到其他器官。

光谱分析

光谱学方法测量光与不同种类物质的相互作用，以恢复定性和定量的信息。现在有大量的光谱学方法，这些方法在电磁波谱的不同区域对光进行操作，适合分析各种样品类型，从固体到气体和复杂的混合物，如血液。

光谱分析技术在许多应用中被常规使用，包括医疗保健6，并在法医分析和疾病鉴定中发挥着重要作用。

拉曼和红外光谱已被用于识别环境样品中的微塑料，因为它们可以用来识别塑料的类型以及存在的数量。7 光谱分析方法也是分析这些复杂样品的重要工具，特别是在血液等更复杂的生物环境中。

血液中的微塑料
最近研究血液中微塑料的工作使用了双枪热解气相色谱质谱法（Py-GC/MS）。Py-GC/MS是一种破坏性的分析方法，通常用于观察塑料材料的降解情况。

Py-GC/MS测量包括加热样品，然后在不同的温度范围内分析从样品中释放出来的气体。由于微塑料颗粒可能被其他化学物种污染，如在聚合物制造过程中添加的油漆和化学添加剂，分阶段升温意味着可以分析不同挥发性的化学物质。顺序加热简化了GC/MS阶段的气体混合物分析，因为只有存在的全部化学品的一个子集进入光谱仪。

对于聚合物物种，双枪热解测量通常在低温（<350℃）和高温（>800℃）下进行。对于可能以单体起始材料和长链聚合物的混合物形式存在的聚合物种类，有可能分别检查短链和长链--它们更耐高温。

血液分析
质谱分析方法利用热解后的特征质量和碎片或降解模式来识别化学物种，研究人员可以在工作中利用这一点来识别血液中存在的各种聚合物物种，包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯。

研究小组对血样中的塑料进行了纳米级的鉴定，发现PET的浓度最高，为7.1微克/毫升。该团队希望通过未来的改进提高该方法的检测极限，并改善样品中存在微塑料时不准确的未检测事件的频率。

关于人类血液样本中的微塑料的生物学意义，也有大量的工作要做。需要了解微塑料是如何进入人体血液的。研究人员了解到，纳米塑料可以通过人类的胎盘，而且有人认为，微塑料有可能通过肺部吸入。有了检测血液中微塑料的能力，也就有可能对微塑料的浓度进行常规监测，看看这些颗粒是否会随着时间的推移开始生物累积。

参考资料

1. PlasticsEurope (2017) Plastics: The Facts 2017, https://plasticseurope.org/, accessed September 2022
2. UN (2022) End of Plastic Pollution, https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/38522/k2200647_-_unep-ea-5-l-23-rev-1_-_advance.pdf?sequence=1&isAllowed=y, accessed September 2022
3. Hale, R. C., Seeley, M. E., La Guardia, M. J., Mai, L., & Zeng, E. Y. (2020). A Global Perspective on Microplastics. Journal of Geophysical Research: Oceans, 125(1), 1–40. https://doi.org/10.1029/2018JC014719
4. Campanale, C., Massarelli, C., Savino, I., & Locaputo, V. (2020). A Detailed Review Study on Potential Effects of Microplastics and Additives of Concern on Human Health. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17, 1212. https://doi.org/10.3390/ijerph17041212
5. Leslie, H. A., Velzen, M. J. M. Van, Brandsma, S. H., Vethaak, A. D., Garcia-vallejo, J., & Lamoree, M. H. (2022). Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Environment International, 163, 107199. https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107199
6. Hong, K., & Yaqub, M. A. (2019). Application of functional near-infrared spectroscopy in the healthcare industry: A review. Journal of Innovative Optical Health Sciences, 12(6), 1930012. https://doi.org/10.1142/S179354581930012X
7. Araujo, C. F., Nolasco, M. M., Ribeiro, A. M. P., & Ribeiro-Claro, P. J. A. (2018). Identification of microplastics using Raman spectroscopy: Latest developments and future prospects. Water Research, 142, 426–440. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.05.060

Written by

Rebecca Ingle, Ph.D