当前，全球对微纳米塑料的毒理作用机制的研究还不够充分，尚缺乏成熟的实验方法和研究手段。尽管如此，已有的初步研究结果暗示【2】，微纳米塑料可能对生物体的代谢系统可产生多方面负面影响，这可能会增加代谢综合征的风险。鉴于塑料产品的广泛使用，微纳米塑料在环境中的浓度迅速上升，并在人体组织中积累，因此，评估其对健康的潜在影响以及深入研究其毒理机制变得尤为关键和紧迫。

本工作通过使用岛津红外拉曼显微镜（AIRsight）的显微红外和显微拉曼功能，原位、多模态地研究了单个细胞在受到PS微纳塑料暴露后的表征（显微拉曼）及毒理行为（显微红外）：通过显微拉曼，原位表征单细胞吞噬的超小尺寸微纳塑料的分布特征；通过使用显微红外，原位表征同一单细胞在暴露微纳塑料后，蛋白与其的结合行为，进而对具有代表性的纳米级、亚微米级和微米级的微纳米塑料对生物体免疫应激效应的毒理学影响进行评价。

1.显微拉曼光谱表征细胞内微纳塑料

使用AIRsight的显微拉曼功能，分别对500nm-1μm微纳塑料染毒暴露的单个巨噬细胞及未染毒暴露的单个巨噬细胞进行测试，结果如图2所示。图中红色线圈及对应红色谱线为未染毒暴露的单个巨噬细胞，黑线圈区域及对应黑色谱线为微纳塑料暴露染毒的单个巨噬细胞，可从其拉曼谱图的标蓝区域中清晰看到PS微塑料的特征峰：1002cm-1为苯环呼吸振动，1030cm-1为苯环内C原子间对称伸缩振动，1604cm-1为苯环内C原子间非对称伸缩振动，3053cm-1为C-H键伸缩振动。该结果表明，使用AIRsight显微拉曼功能，可清晰实现对细胞吞噬的微量亚微米/纳米级塑料进行有效观测和表征。

图2 使用显微拉曼光谱表征单个巨噬细胞吞噬微纳塑料

2显微红外光谱表征单细胞蛋白与微纳塑料相互作用

图3 使用显微红外光谱表征单个巨噬细胞蛋白与微纳塑料的相互作用

借助于AIRsight的红外与拉曼双光路耦合设计，通过软件端一键切换，即可直接实现对同一单细胞的原位显微红外功能，分别对单个微纳塑料染毒暴露的巨噬细胞及未染毒暴露的巨噬细胞进行测试，结果如图3所示。图中红色线圈及对应红色谱线为未染毒暴露的单个巨噬细胞，黑线圈区域及对应黑色谱线为微纳塑料暴露染毒的单个巨噬细胞。从图中标蓝区域可清晰看到两组红外特征吸收峰，其中1600-1700 cm-1为蛋白质酰胺I带特征吸收峰（代表蛋白质二级结构），1500-1600 cm-1为蛋白质酰胺II带特征吸收峰（代表蛋白质构象）。

图4 单个巨噬细胞蛋白与微纳塑料的相互作用：酰胺I带和酰胺II带发生波数位移

进而对图4中的酰胺I带和酰胺II带进行区域放大，如图4所示：相比较于未染毒暴露的单个巨噬细胞（红线），微纳塑料暴露染毒的单个巨噬细胞（黑线）在两组特征吸收峰上均向高波数发生了位移，位移量分别为9 cm-1和5 cm-1，表明受到微纳塑料暴露影响，单个巨噬细胞中的蛋白质二级结构（酰胺I带）和构象（酰胺II带）均受到了一定程度的影响，进而影响到该细胞的正常功能。在此基础上，对10组对应的微纳塑料暴露染毒和未暴露染毒的巨噬细胞进行波数位移统计，结果如图4中柱状图所示：相比较于未染毒暴露的单个巨噬细胞（紫色柱状图），经微纳塑料暴露染毒的单个巨噬细胞（蓝色柱状图）在酰胺I带和酰胺II带均发生了一定程度的波数位移，证明该结果具有统计学意义，表明经巨噬细胞吞噬后，微纳塑料确实与细胞蛋白具有一定程度的相互作用，即微纳塑料对巨噬细胞具有影响其正常功能的毒理学效应。

结论

本工作通过使用岛津红外拉曼显微镜（AIRsight）的显微红外和显微拉曼功能，原位、多模态地研究了单个巨噬细胞在受到PS微纳塑料暴露后的表征（显微拉曼）及毒理行为（显微红外）：通过显微拉曼，原位观测了单细胞吞噬的超小尺寸微纳塑料的分布特征；通过使用显微红外，原位表征同一单细胞在暴露微纳塑料后，蛋白与其的结合行为，进而对具有代表性的亚微米级的微纳米塑料对生物体免疫应激效应的毒理学影响进行评价，为以微塑料为代表的新污染物毒理学研究提供新的方法和思路。

参考文献：

【1】环境署2014年年鉴．联合国环境规划署．2014年6月23日

【2】翁丹，黄舒娴，张丹阳．微纳米塑料对代谢的影响及其分子机制的研究进展[J/OL]．海南大学学报(自然科学版).