近年來，微塑料（MPs）對人類健康的潛在威脅引發了全球范圍內的廣泛關注。美國新墨西哥大學阿爾伯克基分校的毒理學家Matthew Campen團隊在《nature medicine》發表的研究顯示，人體腦樣本中的微塑料和納米塑料（MNP）濃度顯著高于肝臟或腎臟，且在癡呆癥患者腦樣本中濃度更高。這一發現凸顯了深入探究微塑料對人體影響的緊迫性，也對微塑料分析技術提出了更高要求。

都柏林大學的研究團隊針對來自靜脈輸液系統的微塑料進行深入研究，并利用基于光學光熱紅外技術（O-PTIR）的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage，對產生的微塑料進行了全面的表征分析。該技術能夠在中紅外區域進行原位化學表征，其空間分辨率比傳統傅里葉變換紅外（FTIR）和激光紅外成像系統高出近30倍。憑借該技術，研究團隊取得了重要成果，不僅揭示了靜脈輸液系統和靜脈插管是人體內微塑料的重要來源，還為后續相關研究指明了方向，相關成果已發表于學術期刊《Science of the Total Environment》。

非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage

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mIRage 高分辨表征

非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage，得益于其500 nm空間分辨率、不因顆粒尺寸變化而發生散射且無需接觸測量等優勢，有效解決了絕大多數環境微塑料樣品光譜顯微測試的問題。同時，設備可通過加載熒光系統實現熒光成像分析，加載拉曼系統進行同步、同位置、同時拉曼光譜分析。僅需一臺設備，即可在亞微米尺度分辨率下，同時獲得紅外光譜、拉曼光譜、顯微成像和熒光成像多種表征結果。

1. 基本無需樣品制備（如本案例中直接過濾即可上機）；

2. “光探針”無損、原位直接進行光譜和顯微分析；

3. 超高空間分辨率≤500 nm；

4. 同時、同位置、同分辨率下的紅外+拉曼同步表征，；

5. 測試系統可實現自動搜索和檢測粒子；

6. 可自動測量和定位化學ID。

7. 同時獲得光譜化學表征和光學顯微成像分析；

8. 可實現紅外吸收成像表征、高光譜成像表征、熒光成像表征；

QD中國科學實驗中心非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage樣機

案例概述

作者使用0.9% NaCl（生理鹽水）流經搭載的輸液系統后，采用孔徑0.2 μm、直徑25 mm氧化鋁濾收集樣本。隨后使用異丙醇沖洗濾膜，以去除可能存在的有機雜質及微量添加劑顆，然后對濾膜直接進行非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage上機分析。

靜脈輸液系統搭載及收集表征微塑料樣本流程圖

實驗通過基于光學光熱紅外技術（O-PTIR）的mIRage系統成功鑒定出靜脈輸液袋（聚丙烯，PP）、袋的針尖（聚二甲基硅氧烷，PDMS）、靜脈注射管的無菌尖刺和滴注室（聚苯乙烯，PS）、管材料（聚氯乙烯，PVC）以及與輸液泵相互作用的管道部分和靜脈插管的導管組件（PDMS）等不同部位的微塑料成分，結果如下圖所示。

圖中(i)mIRage系統生成的光學圖像，（ii）mIRage系統生成的可見光激光圖像，（iii）mIRage系統生成的MPs的O-PTIR圖像，（iv）mIRage系統生成的MPs的歸一化O-PTIR光譜。

• 1263cm^-1的Si-CH₃對稱變形振動光譜，1093和1023cm^-1的Si-O-Si不對稱伸縮振動，803cm^-1的Si-CH變形振動證明了PDMS的存在；

• 1459cm^-1CH₂基團變形振動，1377cm^-1的CH₃變形振動，由C-C?。?73cm^-1）和C-H鍵（841cm^-1、1997cm^-1和1167cm^-1）光譜共同證明了PP存在；

• 1601cm^-1和1493cm^-1的振動光譜，1453cm^-1CH₂振動光譜，1209cm^-1芳環CH面內彎曲振動譜證明了PS的存在；

• 1097cm^-1 C-C伸縮振動光譜，1267cm^-1和1723cm^-1雙振動光譜指證的碳氧鍵，1457cm^-1的CH₂變形振動光譜證明了PVC的存在。

此外，團隊還通過mIRage系統鑒定出大量來自樹脂添加劑和含有聚硅氧烷的微塑料，包括聚酰胺樹脂（PA1和PA2）、環氧樹脂（ER）和含聚硅氧烷的微塑料（PCP）。結合KDE計算方法和高斯分布函數計算模型，不僅評估出所測試到粒子個數、來源分布，還獲得了MPs估算的面積和直徑數據。下圖顯示了mIRage系統可進行10 μm尺度以下的微塑料直接光譜和顯微表征（下圖c、d）。

這一研究直接證明了靜脈輸液系統和靜脈插管是人體內微塑料的重要來源，為未來針對給藥系統微塑料釋放的研究提供了重要方向參考。

部分應用領域

1.  環境微塑料

微塑料顆粒（~600 nm）的O-PTIR光譜及成像分析

(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)

2. 高分子材料

1210 cm^-1處采集的PP/PTFE的O-PTIR光譜和顯微圖像

(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)

3. 半導體

薄膜晶體管顯示器中污染物的O-PTIR分析

器件表面缺陷的紅外和拉曼光譜同步（同時間、同位置）分析

(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)

4. 生命科學

腦組織的明場顯微圖像、O-PTIR光譜及成像分析

5. 文物鑒定

柯羅19世紀繪畫作品中鋅皂異質性的O-PTIR顯微光譜及成像分析

(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)

QD 中國科學實驗中心誠摯邀請各位科研工作者前來體驗非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統—mIRage樣機，親臨感受亞微米尺度下，紅外光譜、拉曼光譜、紅外成像等多功能一體的無污染樣品表征設備。本次樣機體驗活動僅開放50個名額，機會有限，先到先得，即刻掃碼體驗吧！

參考文獻：

[1]. Abhrajyoti Tarafdar, Junhao Xi, Aoife Gowen, Amy C. O'Higgin, Jun-Li Xu. Advanced optical photothermal infrared spectroscopy for comprehensive characterization of microplastics from intravenous fluid delivery systems. Science of the Total Environment. 929 (2024) 172648.

[2]. Alexander J. Nihart, Marcus A. Garcia, Eliane El Hayek, Rui Liu, Marian Olewin, Josiah D. Kingston, Eliseo F. Castill, Rama R. Gullapalli, Tamara Howard, Barry Blesk, Justin Scot, Jorge Gonzalez-Estrella, Jessica M. Gros, Michael Spilde, Natalie L. Adolph, Daniel F. Gallego, Heather S. Jarrel, Gabrielle Dvorsca, Maria E. Zuluaga-Rui, Andrew B. West & Matthew J. Campen. Bioaccumulation of microplastics in decedent human brains. Nat Med (2025). https://doi.org/10.1038/s41591-024-03453-1