新型生物传感器可在20分钟内检测聚苯乙烯纳米塑料

2026-08-11 09:33 来源：网络

日本东京科学研究所的一支研究团队研发出一款生物传感器，无需标记，也无需复杂的样品前处理，即可在20分钟内识别出水体中的聚苯乙烯纳米颗粒。该设备分别在实验室水样以及添加了聚苯乙烯纳米颗粒的实际水样中完成测试，能够检测小至50纳米的颗粒，有助于科研人员了解并应对环境中的纳米塑料累积问题。

为何需要更简便的纳米塑料检测方法

塑料会随时间不断碎裂成越来越小的颗粒，最终形成纳米塑料，这类颗粒尺寸介于1至1000纳米之间。纳米级塑料颗粒已经扩散至各类环境，并且在包括人体在内的生物体内均有检出，其对环境与人体健康的潜在危害引发了各界担忧。

目前用于检测纳米塑料的分析手段主要包括显微技术与光谱检测技术。这类技术需要昂贵的仪器设备，样品前处理流程繁琐，难以用于常态化监测。

可实现无标记选择性检测聚苯乙烯纳米颗粒的生物传感器

东京科学研究所的研究团队开发这款生物传感器，用于快速检测淡水中的聚苯乙烯纳米颗粒。聚苯乙烯是家用与工业场景中应用最广泛的塑料原料之一，因此聚苯乙烯纳米颗粒是纳米塑料检测的重要研究对象。该设备可以在水环境中完成无标记、选择性检测，样品前处理步骤极少，能够完善水质评估工作，向纳米塑料实用化检测迈出重要一步。

该研究由东京科学研究所工程学院电气与电子工程系的 Mana Toma 副教授牵头开展，环境与社会学院的程硕助理教授参与合作。相关论文已于2026年5月9日在线发布，将于2026年9月15日正式刊登在《生物传感器与生物电子学》期刊第308卷

Mana Toma 表示：“纳米塑料的体积极其微小，传统检测方法很难对其进行检测。我们搭建了一套生物传感平台，让传感器表面可以特异性捕获聚苯乙烯纳米颗粒，并通过光学方式完成检测，以此攻克这一难题。”

生物传感器依靠生物识别元件结合特定目标物，进而产生可测量的信号。该设备中将可结合聚苯乙烯的肽链作为识别元件。该肽链借助聚乙二醇连接分子固定在薄金膜上，能够减少非特异性结合，提升对聚苯乙烯纳米颗粒的特异性捕获能力。

该生物传感器基于表面等离子体共振光学传感技术工作，可以实时捕捉传感器表面微小的折射率变化。激光经由高折射率玻璃棱镜照射至薄金膜，激发金属表面自由电子集体振荡，也就是表面等离子体。当聚苯乙烯纳米颗粒结合到传感器上时，金膜附近的局部折射率会发生改变，共振角随之偏移。系统会监测选定入射角下反射光强度的变化，以此捕捉该偏移。将强度变化与经过校准的表面等离子体共振响应‑浓度曲线比对，就可以定量测定水体中的聚苯乙烯纳米颗粒浓度。

在模拟水样与实际水样中验证检测效果

研究人员使用模拟淡水离子组分的实验室水样开展测试，向其中加入浓度可控、已知的聚苯乙烯纳米颗粒。在该类水样中，传感器20分钟内即可检出50纳米的聚苯乙烯纳米颗粒，检测下限低至1.3微克每毫升。研究团队还向水族箱水、池塘水中添加聚苯乙烯纳米颗粒，利用这类贴近真实环境的水样完成检测验证。

Mana Toma 提到：“传统检测手段需要专用仪器，样品前处理步骤繁复。这款生物传感器简化了检测流程，让纳米塑料监测工作变得更加容易开展。”
塑料持续使用与降解，会造成环境中纳米塑料不断累积。该生物传感器简化检测流程，提升监测的实用性，能够帮助科研人员进一步研究纳米塑料的扩散路径与行为特征，助力攻克这一环境难题。