微塑料研究登上Nature：华人学者发现微塑料会与水发生物理化学反应，对生物体造成伤害

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

塑料已成为现代社会不可或缺的一部分，这在很大程度上是因为它们在正常情况下通常被认为具有化学惰性。然而，近年来，塑料分解形成的微塑料（尺寸小于 5 毫米的塑料碎片）引发了公众的广泛关注，并已在各类生态系统和人体组织中被广泛检出，带来日益增加的环境与健康风险。

已有大量实验室研究表明，微塑料暴露与细胞应激、炎症和细胞毒性有关，而观察性研究则报告了微塑料与心血管问题、生殖系统损伤、神经系统疾病以及炎症性肠病之间的关联。然而，这些发现尚未证实因果关系。

2026 年 10 月 14 日，哥伦比亚大学闵玮教授、钱乃馨研究员等在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Intrinsic physicochemical activity at microplastic–water interfaces 的研究论文。

该研究表明，微塑料在水中表现出固有的理化活性，在微塑料与水的界面处，会自发产生包括羟基自由基（•OH）在内的活性氧（ROS），且自由基的生成会随时间持续进行。此外，表面疏水性越强，自由基的生成量也越高。这种表面活性可能有助于解释微塑料如何与蛋白质及其他生物分子相互作用，进而可能影响蛋白质结构和细胞健康。

这项研究挑战了塑料惰性的主流观念，揭示了微塑料对健康和环境产生有害影响的一个可能被忽视的新机制，并有助于深入理解界面水的结构-活性关系，从而为设计更安全、更可持续的塑料材料提供科学依据。

论文通讯作者闵玮教授表示，当塑料分解成越来越小的颗粒时，其表面积会大幅增加。随后，微塑料会改变周围的水环境，产生高能且具有反应活性的自由基，这些自由基很可能导致动物体内以及人体内因暴露于微塑料而产生的生物损伤。

商品塑料因其耐用性、耐化学性和广泛用途而备受重视。聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）被广泛应用于众多行业。它们之所以被大量使用，部分原因在于人们普遍认为塑料在常规条件下基本呈惰性，因此适合日常使用。特别是由非极性碳氢链组成的聚烯烃类塑料，例如 PP 和 PE，以其出色的耐用性和耐化学性而著称。

除了大块形态外，塑料还以微塑料和纳米塑料（MNP）的形式存在，它们几乎在全球各个角落乃至人体内部都被检测到，引发了公众的广泛关注。越来越多的证据表明，微塑料和纳米塑料会对生物系统造成不良健康影响，在从细胞到高等生物的各种模型系统中引发应激反应、炎症和细胞毒性。人类流行病学研究进一步揭示，暴露于微塑料和纳米塑料与生殖损伤、心血管疾病、神经系统疾病、炎症性肠病以及癌症之间存在出人意料的高相关性，这引发了人们对它们健康危害的广泛担忧。尽管其分子机制尚不明确且可能涉及多种因素，但塑料的组成、颗粒的形貌与形状以及表面功能化等因素，均会影响微塑料与生物系统的相互作用及其毒性效应。

自然界中的塑料会持续与水、有机物和空气接触，使得塑料与环境的界面成为可能重要却常被忽视的影响因素。此外，塑料惰性的普遍观念主要源于其作为大块材料时的表现。当塑料破碎为微塑料后，其表面积-体积比会大幅增加，可能放大塑料与环境界面之间的相互作用，并赋予微塑料一些在大块状态下并不显著的新特性。

闵玮团队曾发现，每升瓶装水中含有约 24 万个塑料颗粒，这一数量比此前的估计高出一个数量级。在这项最新研究，闵玮团队尝试通过研究微塑料与环境的相互作用，来检验当前关于塑料惰性的主流观点。

通过在一系列商品塑料上采用多种互补的分析技术，研究团队观察到，在亲水性逐渐降低的微塑料-水界面处，会大量生成羟基自由基（•OH），并伴随强烈的界面静电作用，且该静电作用与自由基的产生密切相关。分子模拟和从头计算进一步揭示了微塑料表面化学与界面水之间的结构-活性关系，其中部分溶剂化效应与静电效应共同促使在疏水性微塑料-水界面附近生成 •OH。这种固有的物理化学活性为理解微塑料如何与生物分子和细胞相互作用、发生化学修饰甚至造成损伤提供了功能性的假说。

微塑料-水界面处的自发自由基生成与表面静电特性

微塑料-水界面调控的生物分子与细胞相互作用

重要的是，这种现象源于水与疏水物质之间的基本相互作用，包括界面水的重构、静电作用以及部分溶剂化。这些特性与新兴的微液滴化学领域密切相关，在该领域中，水界面已被证明能够加速多种反应，并促进在体相水中原本不利的氧化还原过程。类比而言，碎片化的微塑料所形成的广泛且持久的疏水表面，可能成为类似界面化学的另一种固态支撑平台，对材料、生物医学和环境领域均具有重要意义。

总的来说，这项研究表明，微塑料可能引发界面化学反应，从而损害细胞和生物分子，从而挑战了塑料惰性的传统观点。微塑料的破碎会增加其与水接触的表面积，可能加剧疏水表面的反应，这对环境、生物医学和材料研究具有重要意义。该研究揭示了揭示了微塑料对健康和环境产生有害影响的一个可能被忽视的新机制，并为界面水化学提供了新认识，从而为设计更安全、更可持续的塑料材料提供科学依据。未来还需进一步研究以确定在典型暴露水平下这些反应是否会对人类疾病产生显著影响。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-11141-y