基于13 C稳定同位素标记的纳米塑料模型材料合成及其在水生甲壳类生物累积研究中的应用

本研究针对复杂生物基质中纳米塑料定量分析的难题，开发了基于13 C稳定同位素标记结合元素分析-同位素比质谱（EA-IRMS）的创新方法，实现了无添加剂纳米塑料（214±2 nm）在卤虫（Artemia sp.）体内0.001-7 mg kg-1 范围的精准检测。通过对比热裂解气相色谱质谱（Py-GC/MS）验证了该方法可靠性，首次揭示纳米塑料在雌性个体中更高累积及4天内>50%的净化动力学，为环境毒理学研究提供了突破性工具。

　　

塑料污染已成为全球性环境挑战，其中尺寸小于1000纳米的纳米塑料因其潜在生态风险备受关注。这些微小颗粒不仅可能直接引发毒性效应，还能作为污染物载体进入食物链。尽管在极地冰川、深海甚至大气中均已检出纳米塑料，但由于其与天然有机物的相似性，在复杂生物基质中的精准定量始终是技术瓶颈。现有荧光标记或金属标记方法存在信号干扰、标记物泄漏等问题，严重制约了环境行为研究的可靠性。

法国Université de Pau et des Pays de l'Adour等机构的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表突破性成果，通过无表面活性剂乳液聚合法合成直径214±2 nm的¹³
C标记聚苯乙烯纳米颗粒（NP-(¹³
C)₆
），建立EA-IRMS定量方法（检测限2-50 mg kg^-1
），并以卤虫为模型揭示：暴露浓度与生物累积呈正相关（r=0.001-7 mg kg^-1
），雌性累积量显著高于雄性，且54小时内可清除50%以上纳米塑料。该研究首次实现复杂基质中纳米塑料的精准追踪，为环境风险评估提供方法论基础。

关键技术包括：1）无表面活性剂乳液聚合法制备¹³
C标记纳米塑料；2）EA-IRMS与Py-GC/MS联用定量分析；3）卤虫暴露实验设计（海水介质，环境相关浓度梯度）；4）纳米颗粒表征（动态光散射、ζ电位、电子显微镜）。

【¹³
C标记纳米塑料合成与表征】
通过优化反应温度（70°C）和引发剂（过硫酸铵）浓度，获得单分散性（PDI<0.1）的羧基化纳米颗粒。红外光谱证实表面-COOH基团（1720 cm^-1
特征峰），模拟环境老化塑料特性。

【生物累积动力学】
暴露24小时后，雌性卤虫体内纳米塑料含量较雄性高32%（p<0.05）。EA-IRMS数据显示，0.5 mg kg^-1
暴露组在净化96小时后含量低于检测限，半衰期约28小时。

【方法学验证】
Py-GC/MS与EA-IRMS数据高度吻合（R²
=0.98），但后者样品前处理更简便，适用于高通量筛查。镍催化燃烧-EA-IRMS联用技术将碳回收率提升至99.3±0.7%。

该研究突破性地证明：1）稳定同位素标记可最大限度保持纳米塑料本征性质；2）EA-IRMS在复杂基质定量中具有独特优势；3）甲壳类性别差异显著影响纳米塑料代谢动力学。这些发现不仅为《欧洲化学品管理局》纳米材料风险评估提供技术支撑，更开创了塑料生命周期研究的新范式。研究揭示的快速净化机制（4天清除）对评估水生生态系统恢复力具有重要指导价值，而建立的标准化纳米塑料模型材料制备流程，将推动全球实验室间数据可比性。未来需进一步探究长期低剂量暴露对生殖功能的跨代影响，以及真实环境基质（如含有机质水体）对定量方法的干扰效应。