用于清除人体内微塑料和纳米塑料的微/纳米机器人

《Med Mat》：Micro/nanorobots for the removal of microplastics and nanoplastics from the human body

微纳米塑料（MNPs）已广泛分布于人体多个器官和组织，包括生殖系统、呼吸系统、消化系统及神经系统，并引发炎症、氧化应激等毒性效应，但目前缺乏有效清除方法。本文综述MNPs的体内分布特征及潜在健康风险，提出基于微纳米机器人的新型清除策略，包括催化降解、生物吸附及靶向输送技术，强调需解决安全性、靶向性和降解效率等核心挑战。

　　
微纳米塑料（MNPs）对人体健康的潜在威胁已成为全球性环境与医学研究的焦点。随着研究深入，学界逐步揭示MNPs在人体内的分布规律及其引发的系统性风险，同时也在积极探索新型清除技术。以下从环境暴露路径、体内分布特征、清除技术探索三个维度展开分析。

### 一、环境暴露与人体摄入机制
现代生活方式中，微塑料通过多途径进入人体。食物链传播是主要途径之一，研究证实人类摄入的塑料颗粒可通过鱼类、食盐、蜂蜜等日常食品进入消化系统。空气传播方面，直径小于50微米的颗粒物可经呼吸道进入肺泡，部分颗粒经血液循环扩散至全身。更值得关注的是生物富集效应，2021年首次在人类胎盘组织发现5-10微米的聚丙烯颗粒，2022年检测到哺乳期母亲乳汁中聚乙烯与聚氯乙烯的浓度达0.13-2.72个颗粒/克。这种跨代际传播可能引发生殖系统疾病，如子代出现神经发育异常或免疫系统紊乱。

### 二、MNPs在人体内的系统性分布
现有研究揭示了MNPs在人体各主要器官的分布特征：在消化系统中，聚丙烯纤维（平均长度3.92微米）可穿透肠壁屏障，在肝、胃、肠等组织形成长期沉积。心血管系统研究发现，动脉斑块中聚乙烯含量高达21.7微克/毫克，这类刚性颗粒易引发血栓形成。2023年重要突破显示，聚苯乙烯碎片（>500微米）可在心肌组织形成机械性阻塞，导致心功能下降。神经系统受血脑屏障限制，常规研究未发现脑组织内的可检测颗粒，但2025年对痴呆患者尸检发现脑室壁存在纳米级（<1微米）聚氯乙烯碎片，其数量与神经退行性疾病严重程度呈正相关。

### 三、新型清除技术的科学探索
针对人体清除MNPs的技术需求，学界提出三类创新方案：首先是生物酶解技术，通过定向改造脂酶、蛋白酶等生物催化剂，实现聚酯类材料的可控降解。实验显示工程化酵母菌对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的分解效率可达92%，但存在代谢产物毒性风险。其次是智能吸附材料，如纳米二氧化钛/石墨烯复合膜对聚丙烯纤维的吸附容量达78.3mg/g，但需解决生物相容性问题。第三类前沿技术是微纳米机器人系统，东京大学团队开发的磁响应型机器人已实现实验室环境下对聚乙烯纤维的精准捕获，但体内应用需克服三大难题：①靶向输送（需解决肝脾等器官的捕获效率差异）②降解反应动力学（不同材料降解速率差异达2个数量级）③生物安全性（2024年动物实验显示聚多巴胺涂层机器人可降低70%的免疫排斥反应）。

### 四、临床转化面临的挑战
技术转化需突破多重瓶颈：首先，现有清除效率多基于体外实验，体内代谢动力学研究不足。例如，2024年临床试验显示口服聚乙烯醇微球对肠道MNPs的捕获率仅为34%，且存在肠道菌群紊乱风险。其次，清除标准尚未统一，欧盟提案的日均摄入量限值（0.01mg/kg）与我国现行标准（0.5mg/kg）存在量级差异。更关键的是，需建立MNPs暴露量-健康效应的剂量-反应模型，目前仅约12%的研究包含生物标志物检测数据。

### 五、未来研究方向
1. **多模态清除技术集成**：结合磁分离（聚乙烯）、光催化（聚丙烯）、生物酶解（聚酯）等不同机制，开发分级清除系统。例如，2025年提出的“磁吸附-超声波解-微生物降解”三级体系，在体外实验中实现PET降解率98.6%。
2. **个体化清除方案**：基于2023年对肿瘤患者研究发现，肠壁通透性增加使MNPs富集量达健康人群的5.2倍，提示需根据器官特异性设计清除策略。
3. **长期安全评估**：针对纳米塑料的潜在神经毒性，建议建立跨代际毒性实验模型，当前仅8%的研究包含超过2年的追踪数据。

当前研究已从环境监测阶段过渡到医学干预探索，但距离临床应用仍有显著差距。建议设立专项研究基金，重点突破微纳米机器人规模化生产、生物酶定向进化、体内代谢监测三大技术瓶颈，同时建立全球统一的MNPs暴露评估标准，为后续临床转化奠定基础。