人类终于能看到隐形塑料威胁，革命性"光学筛"技术让纳米塑料现行

信息来源：
https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250910000240.htm

德国斯图加特大学与澳大利亚墨尔本大学联合研究团队开发出一种突破性检测技术，能够快速识别环境中肉眼不可见的纳米塑料颗粒。这项发表在《自然光子学》期刊上的研究成果，有望彻底改变人类对塑料污染的监测和防控能力。

新技术采用"光学筛"测试条原理，仅需普通光学显微镜即可实现精确检测，成本远低于传统电子显微镜方法。当纳米塑料颗粒落入测试条上特制的微小孔洞时，会产生显著的颜色变化，使研究人员能够直观地观察、计数并确定颗粒尺寸。

隐形威胁的现实危险

纳米塑料污染已成为21世纪最严峻的环境挑战之一。这些直径小于1微米的塑料颗粒由大块塑料垃圾逐渐分解产生，其尺寸比人类头发丝还要细小数百倍。与可见的塑料垃圾不同，纳米塑料颗粒具有极强的渗透能力，能够轻易穿越生物体的各种屏障。

光学筛纳米塑料颗粒落入试纸上相应大小的孔中。孔的颜色会发生变化。新的颜色提供了颗粒大小和数量的信息。图片来源：斯图加特大学/第四物理研究所

科学研究表明，纳米塑料颗粒不仅能够透过皮肤进入人体，甚至可以突破血脑屏障这一人体最重要的防护机制。一旦进入生物体内，这些微小颗粒可能在组织中累积，对健康造成长期影响。然而，由于检测技术的限制，科学界对纳米塑料的环境分布、生物影响和健康风险仍缺乏全面了解。

传统检测方法依赖昂贵的扫描电子显微镜设备，不仅成本高昂，还需要专业技术人员操作，分析过程耗时漫长，难以满足大规模环境监测的需求。这种技术壁垒严重阻碍了纳米塑料污染研究的进展。

技术创新的核心机制

斯图加特大学第四物理研究所所长Harald Giessen教授领导的研究团队，基于光学共振原理开发了这一革命性检测技术。"光学筛"的核心是在半导体基底上制造的微小凹陷结构，被称为米氏空洞。

这些精密设计的微小孔洞根据直径和深度的不同，与入射光发生特定的相互作用，产生明亮的彩色反射现象。当纳米塑料颗粒落入其中一个凹陷时，光学特性发生改变，导致反射颜色出现明显变化。研究人员正是利用这种颜色变化来判断孔洞中是否存在颗粒。

论文第一作者、博士生多米尼克·卢德舍尔解释了技术原理："测试条的工作机制类似经典筛子，能够检测0.2至1微米范围内的颗粒。不同大小的孔洞只会捕获相应尺寸的颗粒——过大的颗粒无法进入，过小的颗粒无法稳定附着，都会在清洗过程中被移除。"

这种精确的尺寸选择机制使研究人员不仅能够检测纳米塑料的存在，还能准确确定颗粒数量、大小和尺寸分布。通过设计包含不同孔径的测试条，可以同时分析多种尺寸范围的纳米塑料颗粒。

实际应用的广阔前景

研究团队已在实验室条件下验证了技术的有效性。他们使用含有已知浓度纳米颗粒的合成水样进行测试，包括从湖泊采集并添加球形塑料颗粒的真实环境样本。实验结果显示，该技术能够准确检测浓度为150微克每毫升的纳米塑料颗粒。

微结构实验室负责人马里奥·亨切尔博士强调了新技术的优势："与扫描电子显微镜等传统方法相比，光学筛显著降低了检测成本，无需专业培训即可操作，大幅缩短了分析时间。"

这些特点使光学筛技术特别适合现场快速检测。研究人员设想，未来这种技术可以制成便携式测试条，直接在野外环境中使用，为水体、土壤中的纳米塑料污染提供即时评估。这种能力对于环境监测、污染源追踪和风险评估具有重要意义。

除环境应用外，该技术在医学领域也展现出巨大潜力。Giessen教授表示："我们的新方法也可以用于检测血液或组织中的纳米塑料颗粒。"这为研究纳米塑料对人体健康的影响开辟了新途径。

当前，研究团队正在扩展技术应用范围，计划使用非球形纳米塑料颗粒进行实验，并探索区分不同类型塑料颗粒的可能性。他们也希望与拥有真实水体样本处理经验的研究团队合作，进一步验证技术在复杂环境条件下的表现。

这项技术突破不仅为纳米塑料污染研究提供了强有力的工具，也为全球应对塑料污染危机注入了新的希望。随着技术的不断完善和推广应用，人类将能够更好地理解和防控这一隐形环境威胁。