從植物種子到動物腎臟：共聚焦拉曼光譜技術(shù)破解組織內(nèi)微塑料原位檢測與毒理學評估難題
微塑料（MPs）和納米塑料（NPs）的環(huán)境污染已成為全球性科學問題。這些粒徑小于5 μm的塑料顆粒不僅廣泛存在于水體和土壤中，更能通過食物鏈在生物體內(nèi)富集，引發(fā)潛在的生態(tài)和健康風險。然而，當前微塑料研究面臨兩大技術(shù)瓶頸：
1.檢測靈敏度不足：傳統(tǒng)紅外光譜和熱分析方法難以實現(xiàn)亞微米級塑料顆粒的精準識別；
2.原位分析缺失：生物樣本中的微塑料分布與細胞相互作用機制缺乏高分辨率的原位表征手段。
共聚焦拉曼光譜技術(shù)因其高空間分辨率（<0.5 μm）、無損檢測特性及分子指紋識別能力，為微塑料研究提供了突破性解決方案。
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· 無損、無標記原位鑒定：
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實現(xiàn)微塑料在組織、細胞乃至亞細胞器水平的精確定位，提供關(guān)鍵的空間分布證據(jù)。
· 同步獲取生化信息：
在鑒定微塑料的同時，揭示其引起的脂質(zhì)、蛋白等內(nèi)源性代謝物的變化，將“污染”與“損傷”關(guān)聯(lián)。
· 突破衍射極限的靈敏度：
成功表征常規(guī)方法難以檢測的80 nm納米塑料信號，為研究納米級污染物的生物效應(yīng)提供可能。
案例一：拉曼光譜表征植物種子內(nèi)微塑料
以往研究發(fā)現(xiàn)植物的根系能吸收納米塑料，而對于納米塑料能否最終進入果實仍不清楚。
· 解決方案：研究團隊通過掃描電鏡，激光共聚焦，拉曼光譜和傅里葉紅外光譜等實驗證明了聚苯乙烯納米塑料（PS-NPs，80nm）分別能在常見作物花生和水稻的果實中積累。進一步，采用粗粒化分子動力學模擬研究了納米塑料和植物細胞膜的相互作用，模擬發(fā)現(xiàn)PS納米塑料在接近細胞膜時，會與膜磷脂存在較強的范德華相互作用，并進一步通過包裹內(nèi)吞的方式進入膜內(nèi)，從而揭示了納米塑料進入果實細胞中的分子機制。
文章鏈接：《Advanced Science》丨納米塑料能在作物的果實中積累并影響其營養(yǎng)品質(zhì)的分子機制
案例二：基于拉曼光譜的小鼠腎臟MPs表征及腎臟脂質(zhì)動態(tài)監(jiān)測
腎臟作為代謝的核心器官之一，其脂質(zhì)代謝依賴脂肪酸氧化，但MPs如何干擾腎臟脂質(zhì)組穩(wěn)態(tài)仍不明確。有研究表明，聚苯乙烯微塑料可誘導腎臟線粒體功能障礙與炎癥反應(yīng)，然而聚丙烯（Polypropylene, PP）微塑料對腎臟脂質(zhì)代謝的影響尚未系統(tǒng)解析。
· 解決方案：通過拉曼光譜結(jié)合多變量分析與脂質(zhì)組學，揭示了聚丙烯微塑料（PP-MPs）通過紊亂脂質(zhì)代謝和誘發(fā)氧化應(yīng)激失衡引發(fā)小鼠腎臟損傷的分子機制。
文章鏈接：用戶文章丨《Chemosphere》 吉林大學張大奕教授團隊與浙江中醫(yī)藥大學劉明英教授團隊聯(lián)合發(fā)表微塑料損傷腎臟脂質(zhì)組新機制
在微塑料研究領(lǐng)域，科研工作者面臨的挑戰(zhàn)不僅在于“找得到”，更在于“說得清”其生物學效應(yīng)。P300共聚焦拉曼光譜儀為此提供了強有力的支持！
參考文獻：
[1]Meng Jiang, Binqiang Wang , Rui Ye , Ning Yu , Zhenming Xie, Yuejin Hua, Ruhong Zhou, Bing Tian, Shang Dai. Evidence and Impacts of Nanoplastic Accumulation on Crop Grains. Advanced Science. 2022-10-17 , DOI: 10.1002/advs.202202336
[2]MingyingLiu , Miao Wang , Xinglin Sun, Ju Mu, Tingting Teng, Naifu Jin, Jiaxuan Song, Bei Li Dayi Zhang. Polypropylene microplastics triggered mouse kidney lipidome reprogramming combined with ROS stress as revealed by lipidomics and Raman biospectra. Chemosphere. 2025. Doi: 10.1016/j.chemosphere.2024.143926
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