《Journal of Hazardous Materials》：Evaluating a Novel High-Resolution X-Ray Computed Tomography Method for Quantifying Tire and Road Wear Particle Morphology
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轮胎与道路磨损颗粒（TRWP）是陆地环境中最大的微塑料来源，尤其在道路边土壤中富集。尽管其生态影响日益受到关注，其内部结构仍知之甚少。研究人员提出了一种利用高分辨率X射线微计算机断层扫描（μCT）从环境中分离并三维表征TRWP的新流程。采自德国中部国道旁的道路
轮胎与道路磨损颗粒（TRWP）是陆地环境中最大的微塑料来源，尤其在道路边土壤中富集。尽管其生态影响日益受到关注，其内部结构仍知之甚少。研究人员提出了一种利用高分辨率X射线微计算机断层扫描（μCT）从环境中分离并三维表征TRWP的新流程。采自德国中部国道旁的道路边土壤经连续密度分离后，通过光学显微镜识别出3个TRWP，另取2个人工轮胎磨损颗粒（ATWP）；以0.97 μm体素分辨率进行μCT分析，实现表面、体积和孔隙网络形貌的量化。颗粒结构高度异质，从致密紧实到极多孔均可出现。因颗粒为选择性取样，体积（0.011–0.042 mm3）和表面积（0.342–0.924 mm2）变化较小；而以<10 μm孔隙为主的孔隙度介于1.85–49.97%，包含内部与外部孔隙。部分颗粒呈现密度梯度和较致密外层，可能反映矿物掺入。TRWP表面纹理通常比ATWP更复杂。结果表明，μCT可有力揭示TRWP内部架构，改进形貌表征，并有助于理解其在土壤生态系统中的环境行为、潜在微生物栖息功能及添加剂长期释放过程。
论文解读：《Journal of Hazardous Materials》刊发的研究围绕轮胎与道路磨损颗粒（TRWP，tire and road wear particles）展开。研究背景方面，TRWP由轮胎胎面与路面摩擦产生，是进入陆地生态系统的主要微塑料来源，在道路边土壤中明显累积。现有定量研究多用质量法如热裂解-气相色谱/质谱（pyr-GC/MS）或颗粒法如高分辨率显微镜与机器学习，表征手段以光镜、μFTIR、扫描电镜（SEM）结合能谱（EDX）为主，只能获得外表面与形貌信息，无法刻画内部孔隙、孔连通性、孔径分布与密度梯度。同时，毒理与效应研究常采用实验室人工轮胎磨损颗粒（ATWP，artificial tire wear particles），其与真实环境TRWP是否具有可比性并不清楚。因此，研究人员希望验证高分辨率X射线微计算机断层扫描（μCT）能否从土壤中提取并三维表征真实TRWP，从而补足传统方法看不到内部架构的短板。
为开展研究，研究人员使用的关键技术方法包括：在德国黑森州莱茵-美因都市区两条国道B26与B43旁农田采集道路边表土样本；采用NaI与NaCl还原型密度分离并结合化学纯化从土壤中分离单个TRWP；将预老化轮胎经液氮冷冻研磨制备ATWP；使用Zeiss Xradia Versa 520 X射线显微镜以0.97 μm体素分辨率对单个颗粒批量μCT扫描；通过非局部均值去噪、形态学滤波生成掩膜，在ToolIP、ImageJ/Fiji与Dragonfly中完成三维分割、孔网与距离变换分析；再以环境扫描电镜（ESEM）观察表面形貌。
研究结果如下。一般形貌（General Morphology）：研究人员对3个TRWP与2个ATWP进行μCT渲染与量化，发现颗粒体积与表面积因筛分预选而变异较小，但孔隙度从1.85%到49.97%差异极大；B43_3呈海绵状高孔连通结构，B43_1以外表面孔为主，球形度0.42–0.73，孔网欧拉数显示连通性差异显著。孔隙尺寸分布（Pore Size Distribution）：除B43_3外，其余颗粒以3–6 μm与6–10 μm孔隙占优，无>50 μm孔隙；B43_3则含更多10–50 μm孔隙，说明内部孔架构并非均一。反应表面距离（Distance to reactive surfaces）：欧氏距离变换显示多数固相体素距任意自由表面<10 μm；用三维填孔算法排除不连通内孔后，仅考虑外表面的体素-表面距离明显增加，说明内孔会显著改变添加剂释放与氧化、光降解可达性。密度梯度（Density gradients）：ATWP如ART_2灰度均一，TRWP如B26_1出现外亮内暗的灰度梯度，即外层材料密度高于内部，可能与矿物嵌入橡胶基质有关。表面特征（Surface characteristics）：ESEM显示ATWP较紧实平滑，TRWP低倍较平滑但高倍可见裂纹网、孔隙结构及附着细粒，表面纹理比ATWP更复杂。
讨论部分总结：研究人员指出，从真实土壤提取并μCT分析单个TRWP完全可行，Lego?砖批量扫描与半自动图像流程可提高效率，但方法受约100 μm最小颗粒限制，且5个颗粒不能代表总体。μCT首次揭示TRWP内部而非仅有外表面特征；既往路尘、大气沉降或地表径流TRWP未涵盖土壤搬运与老化过程，而道路边土壤TRWP经历了短距空气/径流输入、冻融、根系及耕作等物理化学改变。外层高密度现象与矿物结壳或嵌入一致，但提取中超声与离心可能使矿物脱落，因此研究中更多见矿物嵌于橡胶基质而非完整矿壳。ATWP与真实TRWP形貌差异提示效应研究外推需谨慎。未来μCT可用于预测光降解、毒性债务（toxicity debt）、添加剂滞留、污染物吸附及plastisphere微生物栖居潜力，并把TRWP类比为砂质或粉壤质微团聚体。
结论部分翻译：研究人员提出一种从土壤分离样本并用μCT量化TRWP内部形貌的新流程，相较传统侧重表面形貌的方法具有方法学进步。该流程可表征孔隙度、孔连通性、孔径分布与密度梯度，使颗粒结构与环境互作理解更完整。即便同尺寸分级内，TRWP也可从几乎仅外孔致密碎片到高孔海绵状连通内孔体系，这种结构异质性受生成过程与后续环境转化共同影响，并会影响反应表面暴露、添加剂释放、污染物吸附和微生物定殖。环境TRWP与实验室ATWP可能存在实质差异，但需更多重复验证。未来应在更大样本量与多样交通/环境背景下结合化学表征，尤其向更小TRWP拓展，以改进陆地生态系统中TRWP归趋与风险评估。
由Weber Collin J.、Felde Vincent John Martin Noah Linus与Julian Bornemann完成的研究说明，μCT为TRWP从“表面粒子”走向“三维对象”提供了机制化表征路径。
