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满脑子塑胶？——显微镜揭露健康危机

塑胶垃圾早已是全球性的环境难题。除了塑胶制品丢弃成为海废后，随波漂流跨越国境影响生态外，大量废弃物流入海洋、陆地并分解为塑胶微粒，可能随着食物链进入鱼贝类，最后再回到餐桌，在在引发健康疑虑。

大脑里的塑胶汤匙

一篇发表于《自然医学》（Nature Medicine）期刊的研究指出，人体大脑中发现的塑胶微粒量大到相当于一整支塑胶汤匙，且可能与失智症相关，更是引发全球关注。

美国新墨西哥大学药学系教授马修・坎彭（Matthew Campen）的研究团队，以 2016 年和 2024 年的死者器官样本，分析微塑胶与纳米塑胶（microplastics and nanoplastics, MNPs, 后续统称为塑胶微粒）在主要器官系统中的相对分布。

过去透过显微光谱学（visual microscopic spectroscopy methods）已观察到肺、肠道与胎盘等器官中存在塑胶颗粒，但这些方法多半受限于观察粒径大于5微米的塑胶微粒，更细小的纳米塑胶则难以被侦测到。

因此，坎彭团队结合化学分析与显微观察，运用了多种互补的技术，包括热裂解气相层析质谱仪（Py-GC/MS）、衰减全反射式傅立叶红外线光谱仪（ATR–FTIR），以及搭配光学与电子显微镜，为分析化学提供“看得见的”证据。

他们证实了人体肾脏、肝脏和大脑中皆存在塑胶微粒，主要成分为聚乙烯（PE），其他聚合物浓度则较少。而和肝脏或肾脏相比，脑组织中的聚乙烯比例更高。以透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察到脑中的塑胶微粒呈纳米级碎片状，尺寸多小于 200 nm，宽度不到 40 nm。

研究团队在平均年龄 45 至 50 岁的死者脑组织中观察到，每克脑组织约含 4800 微克的塑胶微粒，占脑质量的 0.48%;且相较于 2016 年样本，2024 年的大脑塑胶量增加近 50%。

“这意味着我们大脑的 99.5% 是脑，其他则是塑胶。”坎彭如此说道。

团队分析失智症患者的脑样本后发现，塑胶微粒浓度更高，且明显分布于发炎细胞区域与血管壁沿线。研究推测失智症与塑胶微粒之间可能存在关联，但尚无法证明因果。因为失智症典型症状如脑萎缩、血脑障壁受损与清除机制不佳，也可能导致塑胶微粒更易累积、浓度升高。因此，仍需改进分析技术与更大规模的研究，以理清塑胶微粒对神经健康的真实影响。

使用偏光显微镜和电子显微镜观察脑组织切片，发现存在塑胶微粒。图片来源：坎彭团队研究论文（Fig. 2）

调查塑胶微粒的名侦探

要找出肉眼看不见的塑胶微粒，无疑像大海捞针一样，而这正是显微镜技术发挥关键作用之处。

显微镜是目前辨识塑胶微粒最重要的工具之一。由于塑胶颗粒的尺寸从几毫米到几纳米不等，外观、颜色、透明度差异极大，肉眼观察几乎无法分辨。透过显微镜，不仅能观察形态与结构，还能搭配光谱分析，确认化学组成。

光学显微镜是最基础的工具，可快速辨识颜色、大小与形状。若搭配偏光滤镜或萤光染剂，可提高透明塑胶的辨识度。这种方法操作简便、成本低，常用于初步筛选样本，但解析度受可见光绕射限制（约200 nm），对纳米级塑胶仍力有未逮。

而萤光显微镜与共轭焦雷射显微镜则能提供更清晰的影像与深度资讯，适合观察颗粒在细胞或组织内的分布。不过，染剂与天然有机物反应时，仍可能造成误判。

当需要更高解析度时，便是电子显微镜登场的时候。扫描式电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）能清楚呈现微塑胶表面的粗糙度、裂纹与附着物;若结合能量散射 X 光谱（EDS），还能分析表面元素，确认是否为碳基塑胶。穿透式电子显微镜（TEM）则是研究纳米塑胶的关键，能观察到颗粒内部结构与与细胞交互作用的情形。

除此之外，原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）也是研究塑胶微粒的重要工具。它以极细的探针在样本表面扫描，达到原子级的立体图像，不仅能观察颗粒粗糙度，还能分析硬度和附着力，对研究塑胶老化或表面污染吸附特别有用。

另一方面，由于单靠影像无法证明颗粒成分，因此常会结合如微傅立叶红外光谱（μ-FTIR）或微拉曼光谱显微镜（μ-Raman）等光谱分析技术，准确辨认不同聚合物类型。

坎彭团队的研究正是运用这些技术层层验证，不同显微影像共同构成一条完整的证据链，塑胶微粒在人体中的分布情形得以现形。

先以偏光显微镜观察、定位组织切片中的“折射性颗粒”，并在肝、肾中见到1–5 µm的桿状或颗粒状结构，以及在脑部观察到小于1 µm的颗粒。

再利用扫描式电子显微镜（SEM）搭配能谱分析（EDS）观察这些“疑似塑胶”的颗粒表面形貌与化学组成，验证这些颗粒是主要由碳与少量氧构成，而几乎没有金属或硅元素的塑胶。最后使用穿透式电子显微镜（TEM）来观察纳米级的塑胶微粒。

从光学显微镜到电子显微镜，从红外光谱到拉曼分析，这些仪器不只完成研究采样，更是环境真相的揭露者。每一项技术都像是不同层级的侦探工具，拼凑出塑胶在环境与人体之间的行踪。

塑胶微粒可能随着食物链进入鱼贝类，最后再回到餐桌。图片来源：Adobe Stock

参考资料：

Nihart, A.J., Garcia, M.A., El Hayek, E. et al. Bioaccumulation of microplastics in decedent human brains. （2025）. Nature Medicine,31, 1114–1119https://doi.org/10.1038/s41591-024-03453-1

Kalaronis, D., Ainali, N. M., Evgenidou, E., Kyzas, G. Z., Yang, X., Bikiaris, D. N., & Lambropoulou, D. A. （2022）. Microscopic Techniques as Means for the Determination of Microplastics and Nanoplastics in the Aquatic Environment: A Concise Review. Green Analytical Chemistry, 3, 1–54.

Human brain samples contain an entire spoon’s worth of nanoplastics, study says