微塑料：全面解析其生物累积效应、健康影响、全球挑战，以及通过生物塑料创新实现绿色替代方案

《Food Research International》：Microplastics: a comprehensive overview of bioaccumulation, health impacts, global challenges, and green alternatives through bioplastic innovation

　　

•微塑料和纳米塑料对水生态系统的影响
•微塑料在最低层生物中生物富集，并通过食物链进入人体。
•微塑料导致有害影响，包括致癌性、物理损伤等。
•法规和非生物塑料，作为循环经济和减少微塑料的替代策略。

引言
几十年来，塑料垃圾已成为我们生态系统的一个关注点。塑料碎片的不良管理导致其在陆地和水生环境中积累（Hahladakis, 2020; Hurley et al., 2020），进而通过不同的复杂途径发生降解，包括紫外线辐射、热降解、机械降解、氧化、水解和微生物分解（Andrady et al., 2022; Chubarenko et al., 2020）。例如，紫外线辐射通过断裂聚合物链中的碳 - 碳键引发光氧化，从而降低分子量并导致塑料变脆，使其能够破碎成小颗粒（Meides et al., 2021）。同样，温度变化导致聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的结构改变和脆性增加。同样地，水解断裂聚合物中的酯键，并加速其在水生生命中的分解（Ibrahim et al., 2025）。最终，由于排放到周围环境中的各种基于塑料的聚合物发生雾化和崩解，它们降解为微塑料（MP<5mm）和纳米塑料（NP = 1–1000 nm）（Hartmann et al., 2019; Laskar & Kumar, 2019; ISO: Geneva, 2020）。

截至 2019 年，惊人的 610 万吨（Mt）塑料垃圾进入水生生态系统，其中 170 万吨进入海洋。目前，约有 3000 万吨塑料和微塑料垃圾存在于海洋中，而超过 10.9 亿吨已在河流中固化。水流中的塑料碎片堆积意味着海洋污染将持续多年（ECHA, 2020）。

同样，陆地微塑料污染与水生态系统之间存在潜在联系（Bigalke et al., 2022; Wong et al., 2020）。这得到几项研究的支持，表明微塑料的陆地污染可通过两种主要途径发生：直接引入作为初级微塑料或间接进入作为次级微塑料。前者是有意制造的，用于各种消费者应用，如化妆品、医疗用途、水性油漆、胶粘剂、厨房电器、涂料和电子产品。相反，后者是在宏观塑料聚合物经光降解、化学分解和机械恶化研磨成较小颗粒后合成的。在陆地生态系统中，次级微塑料可源自无数来源，举例来说：灌溉水、塑料地膜、不当的填埋处置、工业废水、城市固体废弃物和乱扔垃圾（Dissanayake et al., 2022）。这些微塑料可以通过耕作、蚯蚓摄食、排出过程或因挖掘造成的水分渗透深入土壤（Dissanayake et al., 2022）。因此，微塑料可能会滞留在土壤中，并通过相互关联的机制从这些来源迁移到水生环境中（Bigalke et al., 2022; Wong et al., 2020）。例如，较小的微塑料颗粒可以通过不同的途径在土壤中垂直移动。此外，大雨有助于通过径流将这些颗粒运输到土壤表面，导致它们被带入溪流和河流。

最终，通过无数途径摄入或吸入微塑料可能会对正常的人类生理功能产生灾难性影响，这通过干扰激素和酶、被不同器官吸收、细胞损伤以及炎症和免疫系统来实现（Vethaak & Legler, 2021）。最重要的是，越来越多的证据表明，微塑料存在于所有年龄段的人群中，包括胎盘和胎儿（Ragusa et al., 2021）。微塑料进入人体的一些已知途径包括摄入食物（包装水、双壳贝类、啤酒、盐和海鲜）、吸入以及通过化妆品去角质剂经表皮表面进入（Danopoulos et al., 2020; Sobhani et al., 2020）。

出乎意料的是，日常活动如切割、撕扯、剪切或扭曲塑料盖、袋子、胶带或容器可能会产生约 0.46-250 个微塑料/cm（Sobhani et al., 2020）。最近的一项调查显示，厨房使用的海绵复合材料结构会释放微塑料和纳米塑料，特别是尼龙 PA6 和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（Luo et al., 2022）。洗碗海绵是一种广泛使用的厨房用品，用于擦洗和清洁炊具、餐具并释放微塑料和纳米塑料，随后通过各种途径进入周围环境，如冲入厨房洗手池并进入污水系统以及填埋场（Gigault et al., 2021），然后进入水生环境。塑料碎片导致结构修饰，例如在宏观分子水平上聚合度、链长和分子量的降低（Yu et al., 2023）。这种结构修饰导致聚合物结晶区域扩大，从而增加其结晶度。这种效应在聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）中尤为明显，这是环境中主要的塑料类型，特别是在海洋附近，由于其在包装和渔网中的广泛使用，正如研究所示（Andrady et al., 2022）。聚合物类型在决定微塑料的毒性方面起着至关重要的作用，因为不同的聚合物表现出独特的物理化学性质和降解行为。例如，据报道聚氯乙烯（PVC）和聚氨酯（PU）微塑料表现出比聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）、发泡聚苯乙烯（EPS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）更大的植物毒性，显著抑制根生水生大型植物的种子发芽和生长，同时诱导氧化应激和细胞解毒反应，这由升高的过氧化氢酶和谷胱甘肽 S-转移酶活性所证明（Esterhuizen & Kim, 2022）。然而，微塑料的毒理学反应因聚合物类型、暴露生物、组织和实验条件而异。

除了聚合物成分外，颗粒形态越来越被认为是一个关键的毒性决定因素。几项研究和荟萃分析表明，不规则形状的颗粒，如纤维和碎片，通常比球形颗粒产生更大的不利影响，因为它们与生物组织的物理相互作用增强且在生物体内保留时间更长（Kamalasekaran & Sundramoorthy, 2026; Thornton Hampton et al., 2022; Ziajahromi et al., 2017）。颗粒尺寸（小于 5 纳米）进一步影响毒性，较小的微塑料和纳米塑料表现出更高的生物利用度和流动性。特别是纳米塑料，可以穿透生物屏障，包括细胞膜、血脑屏障和胎盘屏障，从而增加全身毒性的潜力。此外，塑料逐渐破碎成更小的颗粒会大大增加其比表面积，增强其吸附和运输有毒污染物（如重金属和持久性有机污染物）的能力，这可能进一步放大其生态和人类健康风险（M. Li et al., 2025; Thornton Hampton et al., 2022）。

对此，各种国际政策和国家/地区控制措施已被引入，以减少塑料足迹和自然周围环境中的泄漏，包括税收、收费以及针对一次性塑料和微珠的立法和非立法禁令（Schnurr et al., 2018; Xanthos & Walker, 2017）。因此，塑料废物减少政策，包括那些针对微塑料垃圾的政策，需要更新，超越已经建议和实施的措施。此外，管理机构必须想出一种替代和创新策略，例如采用绿色技术生产更可持续和可生物降解的塑料，并建立更严格和合规的废物管理系统（Patrício Silva et al., 2020）。

尽管如此，对文献的关键分析显示，塑料和微塑料污染对所有联合国可持续发展目标（SDGs）产生负面影响（Elliff et al., 2022; Walker, 2021）。例如，海洋环境中的塑料碎片对生态系统服务、经济和人福产生有害影响，特别是在贫困沿海社会（休闲、渔业和遗产）（Beaumont et al., 2019）。因此，这将为实现目标 1 创造额外挑战，如果没有对塑料碎片进行妥善管理和监测，这一目标无法完全实现（Walker, 2021）。同样，目标 2 和目标 3 受到农业土壤和海洋生物中微塑料积累的影响（Kumar et al., 2020）。的确，微塑料垃圾严重威胁其他可持续发展目标（如 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14 和 15）的实施。例如，瓶装水和经处理废水排放中的微塑料出现（Elkhatib & Oyanedel-Craver, 2020; Zhang & Chen, 2020）。由于燃烧和不可持续利用塑料残渣进行能源回收而产生的大气污染物和温室气体排放最终导致气候变化（Chen, 2018; Patrício Silva et al., 2020; Shen et al., 2020）。

以前，文献强调了塑料污染的特定观点，包括微塑料和纳米塑料的发生、环境影响、健康影响、监管政策以及减轻塑料负担的替代策略单独讨论。然而，一种将陆地微塑料污染与水生态系统、随后的生物富集和健康影响以及监管数据库（包括政策、规则和法规）和替代解决方案联系起来的方法仍然有限。因此，为了解决这些研究空白，本叙述性综述基于相关的科学证据设计，并批判性地整合了塑料污染的不同组成部分：(i) 评估微塑料和纳米塑料对水生态系统的影响，(ii) 确定水系统中微塑料 - 抗生素的相互作用，(iii) 随后进行生物富集以及微塑料垃圾对人类生理健康的潜在风险，(iv) 监管方面/政策/指南概述，以及从生态系统中减轻微塑料碎片的策略，和 (v) 审查生物塑料作为一种创新的绿色技术，例如使用适合未来的可生物降解和可持续绿色聚合物。

章节片段
微塑料和纳米塑料对水生态系统的影响
每年产生的所有塑料中约有百分之十成为海洋垃圾。估计仅海洋中就有约 5 万亿个塑料颗粒漂浮，重超过 250,000 吨，尺寸从纳米塑料到块状塑料不等（reference）（Prüst et al., 2020）。
产生的塑料材料中很大一部分密度小于海水，随后通过风和洋流沉积在沿海地区。相比之下，剩余的塑料垃圾 undergoes（经历）...
微塑料和纳米塑料通过水和水生食物系统的生物富集及其潜在的有害健康结果
微塑料的微小尺寸使其易于被摄入。它们抗生物降解，使其能够在环境中生存并容易通过食物链迁移。微塑料的同化可能穿透食物金字塔链条最低层的毒素，从那里它们可能会受到生物富集的影响（Cole et al., 2011）。微塑料的环境命运直接影响它们在生物体中的摄取和转运，因为较小的颗粒往往更容易...
减少微塑料和纳米塑料的法规和策略
解决微塑料和纳米塑料污染普遍存在的问题需要通过严格的法规和创新策略进行全球协调努力。在国际上，联合国环境大会的决议和经合组织建议等举措强调了对从制造到处置阶段遏制塑料污染的承诺。在欧盟，欧盟委员会提出的法规和欧洲化学品管理局的行动寻求...
结论和未来展望
人为活动是将微塑料传输到水生生态系统的关键驱动因素，这些来源包括初级和次级来源。污染物/毒素（包括抗生素、有害化学物质、内分泌干扰化合物、抗生素抗性基因等）吸附在水体中的微塑料表面，进一步促进抗生素 - 微塑料复合物或其他复杂分子的形成，通过食物链对水生生物和人类健康造成毁灭性影响。微塑料由于其不可生物降解性...

CRediT 作者贡献声明
Neha Singh: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，形式分析，概念化。Aparna Agarwal: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿。Meenakshi Garg: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，监督，概念化。Priyanka Prajapati: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿。Megha Malpotra: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，方法学。Ayushi Jindal: 写作 – 审阅与编辑。Rajni Chopra: 写作 –

资金
本研究未收到资助。

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能被认为会影响本报告中所述的工作。

Neha Singh|Aparna Agarwal|Meenakshi Garg|Priyanka Prajapati|Megha Malpotra|Ayushi Jindal|Rajni Chopra|Susmita Dey Sadhu|Abhishek Dutt Tripathi