河流流域微塑料相关生物膜的多样性、公共卫生影响与生态系统风险：基于OCT-FTIR联用技术的降解机制研究

本研究针对X-Press Pearl海难事件释放的聚乙烯微塑料(MP)颗粒，创新性采用高分辨率光学相干断层扫描(OCT)结合傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)，首次揭示了热/化学/机械降解导致的微米级内部空腔、裂纹等结构畸变与羟基/羰基等化学键形成的关联，为评估MP环境风险提供了突破性方法学框架。

　　

2021年5月25日，MV X-Press Pearl货轮在印度洋发生史上最严重的塑料污染事件之一，约750亿颗聚乙烯微塑料颗粒泄漏。这些直径约5毫米的塑料颗粒在高温、化学物质和机械摩擦作用下持续降解，不仅导致海龟和海洋哺乳动物大规模死亡，更可能形成更具危害性的次级微塑料。然而，现有研究多聚焦表面化学变化，对内部结构变化这一关键环境风险指标仍存在认知空白。

斯里兰卡萨拉库瓦海滩是此次污染的重灾区。斯里贾亚瓦德纳普拉大学（University of Sri Jayewardenepura）的Pramoda Maheshi Jayasekara团队创新性地将医学领域的高分辨率光学相干断层扫描技术(OCT)引入环境研究，结合傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)，首次实现了微塑料内部降解过程的非破坏性可视化分析。这项发表于《Journal of Hazardous Materials》的研究，为理解微塑料环境行为提供了全新视角。

研究人员采用三阶段技术路线：首先从污染现场采集原始颗粒，通过实验室模拟热/化学/机械降解；随后利用OCT获取14微米分辨率的内部结构图像，结合机器学习分析像素强度分布；最后用ATR-FTIR验证化学键变化。特别值得注意的是，研究建立了全球首个微塑料内部降解的定量评估体系。

【多维结构评估】

OCT三维成像显示：原始颗粒内部均匀致密，而降解样品出现三类特征性结构畸变——热降解形成0.0135-0.5252范围的暗像素区（对应空腔），化学降解导致层状裂纹（暗像素0.0878-0.3134），机械降解产生网状微裂纹（暗像素0.1291-0.2179）。这些微观缺陷加速了颗粒破碎为纳米塑料的过程。

【化学键演变】

ATR-FTIR证实所有颗粒均为聚乙烯(PE)，但在极端条件下出现了反常的羟基(─OH)和羰基(C=O)新峰，证明降解引发了自由基链式反应。特别重要的是，化学降解组检测到最强的氧化信号，这与OCT显示的层状裂纹高度空间重合。

【环境启示】

该研究首次证实微塑料内部降解与其环境持久性存在正反馈效应：内部裂纹增加比表面积→加速化学侵蚀→产生更多活性位点→促进生物膜定植。OCT-FTIR联用技术为建立微塑料老化预测模型提供了关键技术支撑，对评估MPs的生态风险具有里程碑意义。研究团队特别指出，船舶事故中的燃烧MPs可能比常规MPs具有更高的生态毒性，这一发现为海洋污染应急处理提供了新的科学依据。