一种用于空气中纳米塑料检测的 HoLDI 质谱平台：开拓环境监测新视野

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《Communications Chemistry》：A HoLDI mass spectrometry platform for airborne nanoplastic detection

【字体：大中小】 时间：2025年03月26日 来源：Communications Chemistry 5.9

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　　为解决环境纳米塑料检测缺乏标准化方法的问题，研究人员开展了基于 3D 打印的空心激光解吸 / 电离（HoLDI）质谱平台用于检测空气和水中纳米 / 微塑料的研究。结果显示该平台无需复杂预处理，能有效检测多种塑料，为环境研究提供了新方法。

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　　在当今环境问题日益严峻的背景下，塑料污染已成为全球关注的焦点。纳米塑料和微塑料作为塑料污染的重要组成部分，广泛存在于空气、水、土壤等各种环境基质中。然而，目前针对这些纳米和微塑料的检测，缺乏标准化的样本采集、制备和分析方法。不同的研究采用不同的实验方案，导致数据难以比较，这严重阻碍了对塑料污染的深入研究，也使得难以准确评估其对生态系统和人类健康的潜在威胁。

为了突破这一困境，来自加拿大麦吉尔大学（McGill University）的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们致力于开发一种高效且通用的检测方法，以实现对空气和水中纳米 / 微塑料的精准检测与分析。研究成果发表在《Communications Chemistry》杂志上，为环境纳米 / 微塑料的研究开辟了新的道路。

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在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先是 3D 打印技术，通过该技术制作出 HoLDI 目标板，这是整个研究的核心装置；其次是质谱分析技术，具体采用基质辅助激光解吸 / 电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS），结合 HoLDI 目标板对样品进行分析；此外，还运用了多种粒子检测和分析技术，如扫描迁移率粒子计数器（SMPS）、光学粒子计数器（OPS）和纳米粒子跟踪分析仪（NTA），用于测量粒子的大小分布，以及透射电子显微镜（TEM）和能量色散光谱仪（EDS），用于研究粒子的形态和元素组成。

研究结果主要分为以下几个方面：

骞垮憡 Standard BioTools（原Fluidigm）首创的质谱流式（CyTOF）技术，利用金属元素取代荧光基团作为标记物，从根本原理上解决多参数检测过程中势必难以突破荧光重叠的瓶颈,欢迎索取详细技术资料

HoLDI 的设计与原理：HoLDI 的设计十分巧妙，将装有分析物的基底附着在 3D 打印的 HoLDI 目标板下方，激光束透过目标板的空心结构直接照射样品，实现解吸和电离。研究发现，该装置的窗口结构会影响分析效果，矩形窗口的目标板能产生更强的信号。而且，气溶胶样品在不添加基质和盐的情况下分析效率最高，不同类型的基底也会对分析效率产生影响，疏水性聚四氟乙烯（PTFE）基底效果最佳。
空气中纳米 / 微塑料的同步测量：研究人员提出了一种收集 - 制备 - 分析协议，可同时对室内外空气中的气溶胶，包括纳米和微塑料进行基于质量和粒子的分析。通过该方法，在室内空气中检测到了聚乙烯（PE）、聚乙二醇（PEG）和聚二甲基硅氧烷（PDMSs）等纳米 / 微塑料，并且发现不同粒径范围内其含量有所差异。
室外环境中的空气污染物：利用该平台对室外环境的气溶胶进行系统评估，检测到了多环芳烃（PAHs），其在 0.31 μm 粒径范围内含量最高。同时，研究还发现室外气溶胶粒子形态复杂，包含多种金属元素。
雪的分析：HoLDI 装置经过调整可用于测量液体样品，对雪样的分析检测出了 PEG，其浓度与之前研究中新鲜城市降雪的浓度可比，并且通过分析还发现雪样中粒子数量密度和粒径大小与新鲜雪有所不同。

研究结论表明，研究人员成功开发了一种通用的 3D 打印 HoLDI-MS 平台，该平台对传统的 M/NALDI-TOF-MS 进行了改进，在检测真实环境中的纳米 / 微塑料方面具有显著优势。它无需样品预处理，避免使用基质化学品和离子配对剂，更加环保和可持续。此外，研究人员基于 HoLDI 建立的气溶胶分析框架，可同时测量纳米 / 微塑料的多种参数，为研究其在环境中的行为提供了有力工具。

这项研究意义重大，不仅为环境纳米 / 微塑料的检测提供了一种标准化的分析框架，促进了全球相关研究的统一和协调，还有助于深入了解塑料污染在环境中的传播和转化机制，为评估其对生态系统和人类健康的影响提供了重要依据。同时，该研究强调的快速原型制作和开放共享理念，也将推动分析工具在多学科领域的发展和应用，激发更多创新研究，为解决复杂的环境问题提供新的思路和方法。

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