基于表面声波与拉曼光谱联用的微塑料检测技术突破及其环境健康应用

推荐：针对液体样本中微塑料检测灵敏度低、前处理繁琐的难题，研究人员创新性整合表面声波(SAW)富集技术与拉曼光谱，开发出非破坏性快速检测系统。该技术通过SAW将微塑料富集效率提升3个数量级，实现0.1 mg/L(1.8×106 pcs/L)的超敏检测，成功区分聚苯乙烯(PS)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其混合物，为食品安全与环境监测提供新工具。

　　

微塑料——这些直径小于5毫米的塑料碎片已悄然侵入地球每个角落，从深海到珠峰积雪，甚至人类胎盘中都发现了它们的踪迹。最新研究显示，瓶装水中微塑料浓度高达5.42×10⁷个/升，这些"隐形杀手"通过食物链进入人体后可能引发炎症反应和细胞损伤。然而现有检测技术面临两难困境：电子显微镜能看清形态却辨不出成分，色谱质谱能分析化学组成却需要复杂前处理，傅里叶变换红外光谱(FTIR)又怕水分子干扰。更棘手的是，传统富集方法如膜过滤易堵塞、离心分离效率低，难以满足环境监测的实时性需求。

东南大学的研究团队在《Microchemical Journal》发表突破性成果，将表面声波(SAW)与拉曼光谱"强强联合"，创造出微塑料检测新范式。该技术利用叉指换能器(IDTs)在压电基底产生声波，像"磁铁"般将分散的微塑料快速聚集到检测区域，使拉曼信号增强1000倍。研究人员通过理论计算确定声辐射力与声流平衡的临界粒径，采用5μm聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球验证性能，最终在真实饮料样本中实现种类鉴别和浓度定量。

关键技术包含：1)SAW富集装置设计，通过IDTs产生10MHz声波；2)显微拉曼光谱系统，采用785nm激光激发；3)声流动力学模拟优化富集参数；4)饮料样本直接检测验证实用性。

【材料与方法】
研究选用100nm和5μm PS微球及5μm PMMA粉末，在18 MΩ·cm超纯水中配制标准溶液。SAW芯片采用128°Y切LiNbO₃基底，IDTs指条宽度/间距为50μm，工作频率10MHz。

【SAW-Raman传感器】
如图1所示，含微塑料液滴置于IDTs中点，声波15秒内将颗粒富集至直径200μm区域。拉曼光谱在785nm激光、10mW功率下采集，积分时间10秒。

【结论】
该研究开创性地将SAW的快速富集能力与拉曼光谱的"指纹识别"特性结合，突破传统方法检测限，对1μm PS检测灵敏度达10^-4 wt%。实际应用证实其可区分PS/PMMA混合体系，在矿泉水样本中检出0.5μm微塑料。吴磊团队开发的这项技术为环境监测和食品安全提供革命性工具，其非破坏性特点更利于后续深入研究微塑料的生物效应。

这项研究获得国家自然科学基金(62205053等)和中国博士后科学基金资助，相关技术已申请专利。正如通讯作者王柱元强调的，该传感器有望发展成便携式设备，实现污染现场的实时监测，为全球微塑料治理提供中国方案。