《Science Advances》首破纳米级技术瓶颈！地环所曹军骥“空气净化技术团队”实现城市大气微/纳塑料精准量化

自2004年“微塑料”（指粒径小于5毫米的塑料碎片）概念首次提出以来，过去二十年间，微塑料及其更小尺度的纳米塑料（<1微米）已被广泛证实存在于地球系统的各类环境介质中——包括水体、土壤、大气乃至生物体内。它们通过物理嵌入与化学释放等多重机制，对从个体生物到整个生态系统的多个层级构成潜在且长期的威胁。

近年来，在极地、高山等偏远地区的观测进一步揭示，大气传输已成为塑料在全球范围内循环的关键路径。尤为引人关注的是，微米乃至纳米级塑料颗粒可通过呼吸作用深入肺部，甚至穿透生物屏障进入血液循环，成为除摄食之外另一重要的人体暴露途径。 然而，传统分析方法主要依赖显微镜下对颗粒形状、颜色和透明度的人工判别，不仅难以实现对环境样品中微米级塑料的准确定量，更无法有效识别纳米尺度的塑料颗粒，严重制约了该领域的深入发展。作为一种可通过大气快速扩散至全球的新型污染物，尽管学界对微/纳塑料在大气中的存量、迁移、转化与归趋日益关注，但受限于高精度定量技术的缺失，其气候效应、环境行为与健康风险始终难以系统评估。

图1、城市大气微塑料和纳米塑料丰度、通量与组成示意图 

为突破这一关键技术瓶颈，中国科学院地球环境研究所“空气净化新技术团队”联合国内外多家科研单位，依托中国科学院兰州资源环境科学大型仪器区域中心设立的“仪器设备方法开发技术创新项目”，成功开发出一种半自动显微分析新方法，首次实现了对环境样品中粒径小至200纳米塑料颗粒的有效定量识别。该方法以计算机控制的扫描电子显微镜（SEM）为核心平台，耦合能谱分析（EDS），通过逐颗粒精准定位，同步获取其粒径、形貌及元素组成等关键微观理化参数，显著提升了检测的空间分辨率与化学特异性。 基于该创新方法，研究团队系统揭示了西安、广州两座超千万人口城市中大气气溶胶、降水（雨、雪）、降尘及道路扬尘中微塑料与纳米塑料的丰度特征（图1）。

图2. 城市大气环境样品中塑料颗粒的异质聚集. (A) 大气塑料粒子与黑碳和矿物尘粒子聚集体的相对含量；(B) 微/纳尺度异质聚集体的典型形貌

研究发现：道路扬尘与降雨过程是驱动大气塑料跨介质迁移的关键环节；同时，首次观测到微/纳塑料在大气中与矿物粉尘、黑碳等常见气溶胶组分发生异质混合现象（图2），为其后续环境行为与健康效应研究提供了全新视角。 本研究通过方法学与高端仪器平台的协同创新，将大气微/纳塑料研究的空间尺度从微米级推进至纳米级，不仅为精准量化其大气过程提供了关键技术支撑，也为深入理解其在辐射强迫、生态系统扰动及人体健康影响等方面的潜在作用奠定了实证基础。特别是所揭示的大气异质混合机制，为未来探索微/纳塑料的气候反馈与毒理路径开辟了新的研究方向。相关成果近期发表于国际权威期刊《Science Advances》。 中国科学院地球环境研究所胡塔峰副研究员为论文第一作者，中国科学院大气物理研究所曹军骥研究员、中国科学院地球环境研究所黄宇研究员、香港中文大学何建辉教授及日本熊本县立大学张代洲教授为共同通讯作者。本研究获得中国科学院兰州资源环境科学大型仪器区域中心“仪器设备方法开发技术创新项目”（LZ2026G106）与黄土科学全国重点实验室“2025年度全重重点项目”（SKLLQGZD2503）的联合资助，充分彰显了大型科研仪器平台及其特色实验技术体系建设在攻克前沿环境科学难题中的核心支撑作用。

兰州资源环境科学大型仪器区域中心简介

中国科学院兰州资源环境科学大型仪器区域中心（以下简称“兰州区域中心”）自2012年3月成立以来，已成为推动我国西部地区生态环境资源研究的重要力量。作为中国科学院在“十二五”期间部署建设的大型仪器区域中心之一，兰州区域中心由六家位于兰州、西宁和西安的6家研究机所共同建设，包括中国科学院西北生态环境资源研究院（牵头单位）、中国科学院近代物理研究所。致力于共同构建一个跨学科的技术支撑体系，以促进生态环境资源领域的科学研究。其管理机制通过管委会及其下设的专家技术委员会、用户委员会和区域中心办公室之间的紧密协作得以实现。

为了有效应对我国西部地区复杂的生态环境挑战，兰州区域中心建立了多个关键技术平台，包括西部生态环境研究、西部资源综合开发、西部特色生物资源利用以及寒旱区工程技术与方法平台。这些平台针对性地聚焦于不同的关键领域，旨在通过科学技术的创新和应用，为解决西部地区的生态环境问题提供坚实的支持。平台布局不仅促进了跨学科的研究合作，还加速了技术成果的转化与实践应用，为推动区域可持续发展奠定了坚实的基础。截至2025年，兰州区域中心拥有超过500台套的大型仪器设备进入开放共享系统，总价值接近10亿元人民币。资源整合策略显著提升了区域内科研设施的利用率和效率，为科研人员提供了一个强有力的实验技术支撑，助力在各自的领域内进行前沿探索。除了硬件上的优势，兰州区域中心还拥有一支由248名专业技术人员组成的高素质团队，其中包括43位正高级职称和119位副高级职称技术人才。团队凭借其深厚的技术背景和实践经验，在推动科学研究和技术进步方面发挥了关键作用。

通过十多年的持续发展，兰州区域中心已经成长为国内地球科学领域具有重要影响力的综合性科研技术支撑平台。不仅为生态环境资源科学的发展提供了坚实的保障，而且通过技术创新和资源共享，促进了相关领域的科技进步和社会经济发展。兰州区域中心始终坚持“统一规划、突出优势、协同共享、资源互补”的原则，不断优化自身的管理体系和服务流程。未来，随着更多先进技术的引入和跨学科合作的深化，兰州区域中心将继续发挥其独特的作用，致力于为推动国家生态文明建设和可持续发展战略实施的重要力量。