这些塑料颗粒比更为人熟知的微塑料还要小，其尺寸范围在1纳米到1微米之间；相比之下，人类头发的厚度约为100微米。

“纳米塑料存在于饮用水、食物和空气中，在自来水和瓶装水中都有检测到它们的存在，它们在环境中广泛分布。”美国纽约州立宾汉姆顿大学化学系助理教授Huiyuan Guo解释道。

Guo教授与生物科学副教授Anthony Fiumera最近获得了美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）提供的50万美元资助，用于研究纳米塑料是如何从母体传递给后代的。这个跨学科项目将开发出可追踪的特殊版本的纳米塑料，以精确观察它们在生物体内的移动路径，并探究为何这些纳米塑料会造成能够持续数代的危害。

研究方法

研究人员将使用大型溞（Daphnia magna）作为动物模型。这种小型淡水甲壳类动物通常被称为水蚤。

一只携带无性生殖卵的雌性大型溞。图片来源：Wikimedia Commons。

Fiumera解释说，大型溞的身体是透明的，繁殖速度很快，并且对环境压力非常敏感；因此它们常被用作生态和毒理学研究的模式生物。它们实际上是研究跨代遗传或表观遗传的绝佳模型，在遗传机制方面，它们与人类也惊人地相似。

研究已表明，纳米塑料会影响水蚤等水生生物的生存和繁殖能力；其他研究则在分子层面调查其潜在毒性。然而，Guo指出，这类研究通常只关注单一代或短期毒性效应。

水蚤位于食物链底部，以藻类等小颗粒为食。反过来，它们又是鱼类和其他动物的食物；因此，影响它们的因素最终可能影响生态系统食物链中的其他物种。

检测纳米塑料

母体水蚤可能会将微小的塑料颗粒直接传递给后代。事实上，Guo的实验室已经发表了相关研究，探讨了纳米塑料如何从水蚤的肠道转移到其他身体部位；接下来，他们将研究这些微小颗粒如何突破母体与后代之间的生物屏障。

然而，首先研究人员需要检测到这些微小的颗粒，这是一项艰巨的任务。

Guo说：“这就是为什么我们的首要目标是开发一种可检测的纳米塑料模型，我们可以用它来更好地理解它们如何从一代传递到下一代。”

他们将采用两种方法来检测水蚤体内的纳米塑料：共聚焦表面增强拉曼光谱（SERS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）。

他们还将研究纳米颗粒如何影响母体、其后代以及后续几代的基因表达。

Fiumera说：“这些颗粒可能是物理传递的，但也可能是基因表达的变化与实际纳米颗粒一起被继承，这正是我们试图弄清楚的问题之一：实际颗粒传递与这些表观遗传效应传递相比，哪个更重要？”

生物塑料的兴起与挑战

虽然该资助为期三年，Guo和Fiumera计划长期继续这项工作，研究不同动物模型并解决更多问题。

其中一个问题是：传统塑料以石油为基础；然而近年来，以可再生生物质为原料的生物塑料作为环保替代品得到了发展和应用。长期来看，转向生物塑料会如何影响环境？

Guo说：“这些塑料中的一些被认为是可生物降解的。然而，这种可生物降解性也意味着它们更有可能分解成纳米塑料这样的小颗粒，你怎么知道哪种更安全？”

为回答这个问题，研究人员将比较不同类型的纳米塑料，以确定哪种毒性更大，哪种更容易传递给后代。

培养下一代科学家

未来世代也是项目的另一个关注点：研究团队将与纽约州名师计划和Go Green研究所合作，开展社区拓展活动，培养下一代科学家。Go Green研究所为初高中学生提供为期 10 天的沉浸式实践学习体验。

郭说，一些高中和大学一年级的实验室课程已经在研究水蚤。研究人员计划将项目融入大学本科研究课程，并通过Go Green研究所夏令营试点相关科学实验套件。这些套件随后可分发给K-12学校和当地社区，让他们自己开展关于塑料环境影响的研究。

"这是一条渠道，让尽可能多的学生获得真实的研究体验，"Fiumera说。