当微塑料无处不在时，科学家如何开展研究？

微塑料——那些直径小于5毫米的塑料碎片——已经无声无息地渗透进地球的每一个角落。从北极海冰的深处到人类的血液与脑组织，从喜马拉雅山顶到马里亚纳海沟，这种由人类文明所制造的"幽灵污染物"正以令人震惊的速度积累。然而，科学家们面临着一个几乎令人绝望的研究困境：如何在微塑料无处不在的世界里，获取关于微塑料的可靠数据？

根据Our World in Data的统计，全球每年生产超过4.5亿公吨塑料。随着这些塑料的持续降解，微小颗粒已进入大气、水体、土壤，乃至食物链的每一个环节。尽管目前尚无直接临床证据证明微塑料对人类健康构成明确危害，但一系列动物实验表明，微塑料颗粒会影响小鼠行为，并在体内引发炎症反应，研究人员对此高度警觉。

"这真是个问题——样品的每个处理步骤都会直接接触材料，而其中很多本身就是塑料。"
—— Elke Fischer，汉堡大学微塑料实验室负责人

研究微塑料的核心困难在于：实验室本身就是一个微塑料的重要来源。研究人员必须依赖实地样本——例如树叶、土壤或鱼类肌肉组织——但当这些样本被带入实验室时，随时面临来自手套、实验服、过滤装置乃至空气中漂浮颗粒的交叉污染。一项2023年发表的研究甚至发现，实验室常用的商业试剂和化学品本身就含有大量微塑料，这意味着研究人员可能在不知情的情况下，将污染物"喂入"了自己精心收集的样本。

■ 实验室的"无塑化"改造运动

面对这一困境，越来越多的微塑料研究实验室开始推行系统性的"去塑化"改造。研究数据证明了这一努力的价值：2021年的一项研究显示，遵循基本抗塑料污染操作方案的实验室团队，可将样品污染水平降低36.9%；2023年的进一步研究表明，联合使用玻璃纤维过滤器、高温处理和洁净工作台，可将微塑料污染降低至少70%。

在汉堡大学，Fischer团队已将实验室的"无塑化"做到了极致：普通塑料漏斗全部换成不锈钢材质；过滤器统一选用氧化铝基Anodisk型号；实验服规定必须由100%纯棉制成；玻璃注射器用棉布包裹存放，以防空气中的微塑料颗粒沉降。用于储存实验液体的容器，是无涂层不锈钢水瓶（订购时特别要求不含任何塑料部件）；定制的无塑料水过滤系统取代了普通的Milli-Q纯水机，过滤后的纯水储存在意大利进口的大型玻璃餐酒瓶中。

连实验室的空气都是"重点保护对象"。博士研究生Malin Klein描述了一个令人印象深刻的细节："我们在仪器房间使用喷雾瓶提高空气湿度，让所有灰尘——包括微塑料颗粒——都沉降下来。"此外，在摆放大型精密仪器的房间里，他们特别注意不让任何冷却风扇将潜在的塑料部件碎屑扩散到空气中。

这些改变并非没有代价。Klein坦言，所有这些防污染程序使实验室工作耗时是常规工作的两倍。实验室几乎所有的空闲时间都被用来制备纯水，"你必须把制水排进日常生活日程里"。经济成本也随之攀升：100%纯棉实验服的价格是普通实验服的两倍多；野外工作时，用棉毛巾包裹玻璃器皿以防崎岖山路颠碎虽然耗费大量时间，却是确保样本完整的必要之举。

■ 造一艘"潜艇"：从零设计无塑料实验室

若说汉堡大学的改造是"亡羊补牢"，那么挪威海洋研究所和澳大利亚昆士兰大学的做法则是"釜底抽薪"——在建筑设计阶段就将"无塑化"理念贯穿始终。

挪威海洋研究所于2018年建造了专门用于微塑料研究的独立实验室。进入实验室须经过严格的"净化仪式"：脱去外鞋和外套，换上棉质替代品，踩过粘性垫（专门粘附换衣过程中可能沾上的任何塑料颗粒）。主实验室保持微正压，防止外部含塑料的灰尘侵入；主门设有计时器，自动控制开门时间，最大限度减少外界污染物的进入。室内空气经过HEPA高效过滤，配以建筑工地使用的专业空气净化器。清洁人员也被明确告知哪些区域可以清洁、哪些区域禁止进入；在管控最严格的区域，清洁任务干脆由使用实验室的工程师和学生亲自承担。

而澳大利亚Minderoo基金会在昆士兰大学建造的微塑料实验室，则因其设计之极致在业内引发广泛关注，并荣获建筑设计奖项。这座实验室历时五个半月建成，99%的材料不含任何塑料——几乎全部由钢铁构成。唯一存在塑料的地方，是少量不可替代的电气布线、开关和传感器，以及橡胶气密封件，且绝大多数都被钢壳包裹密封。

"我们把它叫做'潜艇'，"Minderoo基金会塑料与人类健康影响任务主任Sarah Dunlop如此形容这座实验室。研究人员穿着亮眼的柠檬绿色纯棉实验服工作——这一设计并非为了美观，而是实用之举：一旦有绿色纤维进入样本，立刻能够被肉眼识别并剔除，从而对潜在污染进行精准溯源。Dunlop介绍，他们曾经通过这种方式，将一批样本中的微塑料污染追溯到实验室外大楼另一侧正在运作的一台3D打印机。2024年，该团队在《危险材料期刊》（Journal of Hazardous Materials）上公开发表了这座实验室的完整蓝图，供全球同行参考。

■ 看见不可见之物：检测技术的"格式战争"

建好了无塑化的实验室，科学家们面临的下一个挑战是：如何在样本中准确地"看见"微塑料，尤其是那些小至病毒尺度的纳米塑料？

目前，研究人员使用多种技术路线。Fischer和Klein采用尼罗红（Nile Red）对森林土壤样本进行染色——这种荧光染料会令微塑料颗粒在荧光显微镜下呈现出鲜亮的黄色，而有机残留物（如脂质或脂肪）则显示为红橙色，两者泾渭分明。研究人员可以直接凭借颜色、形态和尺寸对微塑料进行人工计数。一些团队则更进一步，开发了基于机器学习的自动识别算法，如MPHunter，实现了显微镜图像中微塑料的自动检测与计数。

然而，上述基于光学显微镜的方法存在分辨率下限，无法探测到更小的纳米塑料颗粒。为此，部分研究者转向了扫描电子显微镜和原子力显微镜，可以直接分析聚合物中的化学键；另一些研究者则采用"燃烧法"——将样本灼烧后，以气相色谱或质谱法分析残留物的化学成分。

但即便是这些高精尖方法也存在固有缺陷。Shaw Institute执行董事Charles Rolsky指出了一个棘手的问题：实地采集的样本不可避免地含有生物来源的化学物质，这些物质会干扰仪器读数，产生假阳性信号。以气相色谱/质谱仪为例，这类仪器在分析纯塑料样本时可以给出完美数据，但当样本中含有生物磷脂时，其信号与聚乙烯的特征峰高度重叠——"仪器会告诉你样本里含有大量聚乙烯，但实际上那可能只是生物脂肪"，他无奈地说，"目前没有任何技术能够百分之百地区分什么是生物来源，什么是塑料来源。"

对于这种各路技术各显神通、却又各有短板的局面，Minderoo基金会的Christos Symeonides用了一个生动的比喻：这就像20世纪80年代VHS与Betamax的"格式战争"，各家都在押注自己的技术路线，等待市场最终裁决。在他看来，最终的最优方案很可能是多种仪器技术的联合使用，以获得对纳米塑料数量和性质的全面图景。

■ 各自为政：标准化之路的艰难跋涉

技术层面的分歧，在某种程度上折射出整个微塑料研究领域更深层的结构性问题——缺乏共同的标准与规范。2016年的一篇综述论文就已经指出，该领域迫切需要对样本的采集与制备、分析方法以及数据报告格式进行标准化。然而时隔十年，这一呼吁仍停留在纸面上。一项对该领域50篇高被引文献的系统梳理发现，分析方法高度分散，质量保证和质量控制方案的标准化程度极低。

Fischer将这一困境总结为："我们在某种程度上是倒着走上了标准化这条路。"不同背景的研究者在各自领域内各自摸索，形成了一座座"数据孤岛"；当人们意识到需要整合比较时，才发现彼此的数据几乎无法直接对话。

Rolsky则对于将标准化工作完全交由科学家自行解决抱有疑虑。"科学界的竞争和自负太多了，"他坦率地说。在他看来，仪器制造商、学术期刊出版机构等多方力量应当共同参与标准制定，形成对科学家在仪器规格和发表要求上的有效约束。

不过，一些积极的迹象正在出现。澳大利亚已在国家层面制定了海洋微塑料采样通用协议；加利福尼亚州率先建立了饮用水中微塑料检测的标准操作程序，并持续与科学家合作深化完善；哥伦比亚大学气候学院的Beizhan Yan透露，美国联邦层面的国家标准有望在一两年内出台，为此后推动全球性协议的建立奠定基础。

不过，挪威海洋研究所的Kögel对过早锁定标准提出了警告："如果在方法尚不成熟时就强行统一，可能面临两个坏结果：要么大家遵从了一个并不足够好的方法，要么大家干脆不遵从。"她以2022年一项协调科学家监测北极鸟类体内微塑料方法的倡议为例：初衷是提升数据可比性，结果却意外地抑制了研究人员探索标准尺寸以下微塑料的积极性。

科学家们最终希望实现的，是对微塑料在环境与人体中的分布、迁移和健康效应有一幅完整清晰的图景。减少实验室自身的塑料污染，不过是这场漫长征途的第一步，也许还是最容易的一步。而整个领域终将共同面对更深层的技术、方法论与国际协作挑战。

"我们知道它们存在，"哥伦比亚大学的Yan说，"我们知道它们正在进入我们的身体。我们知道它们可能影响我们的健康。我相信，科学界终将携手解决这个问题。"

来源：Chemical & Engineering News (C&EN) | 原文链接：How do you study microplastics when they're everywhere? | 原文作者：Fintan Burke | 发布日期：2026年3月23日