塑料瓶、包装袋被丢弃后，并不会在短时间内消失。在自然环境中，阳光照射、温度变化、风吹雨淋、波浪冲刷以及砂粒碰撞等因素，会让塑料逐渐老化、破损，最终形成尺寸更小的碎片和颗粒。

这些细小颗粒中，有一类被称为微塑料，通常指粒径小于5毫米的塑料颗粒。它们广泛存在于水体、土壤等环境中，也成为近年来环境科学研究的重要对象。

图 自然界中大块塑料经风化破碎形成次生微塑料的过程示意图

过去人们谈到微塑料，往往更关注塑料是如何从大块变成小块的。但塑料碎片进入水中后，发生的变化可能并不止于尺寸。

图 使用泽攸科技ZEM系列扫描电镜拍摄的塑料微观样貌

从微观角度看，塑料表面并不是始终保持不变的。长期受到光照、摩擦和环境介质作用后，材料可能出现表面粗糙化、局部破损以及化学组成变化。不同塑料的分子结构不同，其老化方式和变化速度也存在差异。例如部分塑料会发生光氧化，某些聚合物还可能在特定条件下发生水解。

图 微塑料受紫外光氧化与环境老化引发表面粗糙化、微裂纹与化学键演变的微观机制图

与此同时塑料碎裂成更小的颗粒，还会带来一个容易被忽略的变化：单位质量塑料所能接触到的外界环境面积明显增加。

可以把一块完整的塑料想象成一个整体。它的内部大部分区域并不直接接触水，而当它被不断分割成细小颗粒后，原本被包裹在内部的材料逐渐暴露出来，能够与水、溶解物质以及周围环境发生接触的表面也随之增加。

图 块状塑料向微米/纳米级颗粒碎裂过程中比表面积激增与界面暴露示意图

而真正值得关注的恰恰是这些塑料表面与水接触的地方，也就是固体与液体之间的界面。

近期Nature发表了一项关于微塑料与水界面作用的研究。研究人员发现，常见商品塑料形成的微塑料颗粒，在与水接触时，并非完全没有化学活性。即使没有依赖传统光照氧化过程，塑料与水之间的界面也能够自发产生羟基自由基（•OH）等活性氧物种。

图 微塑料-水界面在无光照条件下自发产生羟基自由基（•OH）的实验表征图

研究覆盖了聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等六种常见塑料。实验发现，这些塑料与水接触时均表现出一定的自由基生成活性，但不同材料之间存在明显差异。其中，疏水性较强的聚乙烯、聚丙烯表现出更强的界面活性，而具有较多极性官能团的部分聚合物相对较弱。

图 六种常见商品微塑料（PP、PE、PVC、PS、PET、PMMA）在水界面处的自由基生成活性对比图

为什么塑料表面与水接触，会产生这样的化学反应？这与塑料表面的疏水性以及水分子在界面附近的特殊状态有关。

我们知道，水分子之间能够通过氢键形成相互作用。当水接触一些疏水性较强的材料时，界面附近的水分子排列和溶剂化状态会发生变化，并不完全等同于普通液体内部的水分子环境。

研究人员通过实验和理论计算发现，在这种特殊的界面环境中，氢氧根离子（OH⁻）发生氧化、形成羟基自由基的能量条件可能得到改善。同时塑料表面附近形成的静电环境也会参与这一过程。

图 微塑料-水界面水分子重排、部分溶剂化与静电场促进OH⁻氧化生成•OH的分子动力学与从头算理论模型图

研究还发现，界面疏水性越强，相关界面静电效应和自由基生成活性之间的联系越明显。通过加入表面活性剂改变塑料与水之间的界面状态，研究人员观察到自由基生成也随之减弱。这进一步说明，塑料表面的物理化学性质，会影响它与水接触时发生的反应。

图 加入非离子表面活性剂改变微塑料-水界面状态后，表面Zeta电位与自由基生成同步减弱的实验对比图

不过这里需要区分两个概念：塑料碎裂和塑料界面化学活性并不是一回事。前者描述的是材料尺寸和形貌的变化，后者关注的是材料表面与周围环境之间发生的微观相互作用。尺寸变小可能增加界面接触面积，但并不意味着所有微塑料都会以相同的方式发生反应。

要进一步认识材料表面发生的变化，微观形貌观察是重要的研究手段。无论是塑料在环境中的老化，还是其他材料受到腐蚀后的表面变化，都可能涉及肉眼难以分辨的局部细节。

图 使用泽攸科技ZEM系列扫描电镜拍摄的腐蚀样品微观样貌

例如在腐蚀样品的观察中，借助扫描电子显微镜，可以进一步呈现材料表面的微观形貌，帮助研究人员了解不同区域的表面状态，为其提供直观的图像依据。

除了材料表面形貌，微小颗粒本身的尺寸、形状和分布，同样是研究微塑料及其他颗粒类物质时需要关注的信息。对于这类样品，研究人员不仅需要了解颗粒整体的形态，还可能需要进一步观察单个颗粒的局部特征。

图 使用泽攸科技ZEM系列扫描电镜拍摄一组微粒的微观样貌

在颗粒检测中，扫描电子显微镜可以帮助研究人员观察样品中颗粒的整体分布、聚集状态和形态特征。结合不同放大倍率，还能够进一步呈现单个颗粒的边缘轮廓、表面纹理等局部细节。将不同视野下的图像结合起来，可以获得更加完整的颗粒形貌信息。

泽攸科技的ZEM系列扫描电镜在塑料、腐蚀样品及微粒类样品的观察中，可以帮助研究人员获取不同尺度下的微观形貌信息。

图 泽攸科技ZEM系列扫描电镜

回到这项Nature研究，科学家关注的已经不只是微塑料颗粒本身。研究人员进一步发现，微塑料表面能够富集部分生物分子，并在实验模型中观察到蛋白质聚集以及小鼠红细胞损伤等现象。其中，加入自由基清除剂后，部分蛋白质聚集现象得到抑制，这也为界面活性物种参与相关过程提供了进一步证据。

图 微塑料-水界面调控的生物分子与细胞相互作用实验图

不过这些结果主要来自特定实验条件下的分子和细胞模型，还不能直接等同于微塑料对人体健康的实际影响。在真实环境中，水体成分、塑料老化程度、颗粒形貌以及表面附着物等因素，都可能影响界面反应，相关作用及其环境影响仍有待进一步研究。

从塑料碎片的形成，到颗粒表面的微观变化，再到它与水接触时可能发生的化学反应，微塑料研究正在从颗粒本身延伸到更复杂的界面过程。那些肉眼看不见的微小变化，或许正是理解微塑料环境行为的重要线索。

参考资料（文中部分示意图根据参考文献改绘、汉化整理）

1、Mohsin, M. A., & Abd zaid, A. H. (2025). Microplastic pollution in the environment: A chemical engineering perspective on sources, fate, and mitigation strategies. Polymers, 18(1), 29.

2、Bozic, A., Hadzic, B., Lazarevic, Z., & Curcic, M. (2026). UV weathering of microplastics: Linking surface oxidation, bulk molecular and mechanical degradation, and fragmentation metrics within a QA/QC framework for biomonitoring. Microplastics, 5(2), 99.

3、Conrad, L. A., Cabana, M. D., & Rastogi, D. (2026). Detection and fate of microplastics and nanoplastics and technologies for their removal. Molecules, 31(4), 613.

4、Qian, N., Zhao, R., Chan, K. Y., Vuong, V. G., Gao, X., Zhao, Z., LaCour, R. A., Dai, Y., Stapleton, P. A., Yan, B., Head-Gordon, T., & Min, W. (2026). Intrinsic physicochemical activity at microplastic–water interfaces. Nature, 658(8136), 650–657.