以轮胎磨损与乳胶颗粒毒性研究为例：泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜在微橡胶颗粒表征中的应用-泽攸科技

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以轮胎磨损与乳胶颗粒毒性研究为例：泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜在微橡胶颗粒表征中的应用

发布时间：

2025-08-28

微橡胶作为微塑料的一个重要子集，因其在环境中的持久性以及对水生生态系统构成的潜在风险，已成为全球关注的环境问题。这类颗粒物因尺寸微小，易被各类水生生物摄入，进而通过食物链生物累积，放大其跨营养级的毒性效应。同时，微橡胶颗粒的老化和生物降解过程会释放出更小的纳米颗粒，这些纳米颗粒具有更高的生物利用度和毒性，进一步加剧了对水生生物和人类健康的威胁。在微橡胶污染的众多来源中，轮胎磨损颗粒（TWP）和乳胶颗粒（LAP）尤为突出：TWP 源于车辆运行，由橡胶、填料及添加剂等复杂成分组成，通过径流进入水体，其浸出液已被证实会导致水生生物氧化应激、发育畸形等毒性效应；LAP 则广泛存在于枕头、床垫、医用手套等消费品中，通过不当处置和径流进入环境，但目前对其水生毒性的研究仍较为匮乏。斑马鱼胚胎因其透明的胚胎结构、快速的发育过程以及与人类的遗传相似性，成为研究污染物发育毒性的理想模型，为评估 TWP 和 LAP 浸出液的毒理影响提供了有效工具。

尽管 TWP 和 LAP 在环境中的存在已被证实，但当前研究仍存在诸多不足。一方面，对两者的浸出特性及其对水生生物的毒理效应缺乏全面系统的认知，尤其是 LAP 的水生毒性研究明显滞后，其与 TWP 在毒性强度和机制上的差异尚未明确。另一方面，现有研究对微橡胶浸出液导致毒性的分子机制解析不足，例如氧化应激、铁死亡等潜在通路在 TWP 和 LAP 毒性中的具体作用及差异尚未厘清。此外，虽然已有研究关注到 TWP 和 LAP 中含有的重金属（如锌）和有机化合物（如苯并噻唑衍生物）可能参与毒性过程，但这些成分如何协同作用并导致不同毒性效应的细节仍有待深入探究。这些研究空白使得无法准确评估 TWP 和 LAP 的环境风险，也制约了针对性管控措施的制定。

针对上述问题，由来自青岛科技大学和青岛中心医院组成的研究团队利用泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜进行了深入研究，他们系统比较了轮胎磨损颗粒（TWP）和乳胶颗粒（LAP）浸出液对斑马鱼胚胎的毒性，发现 LAP 浸出液毒性更强，氧化应激和铁死亡是关键机制，并揭示了两者不同的毒理通路。相关成果以“Environmental toxicity of tire wear and latex particle leachates in zebrafish embryos: Oxidative stress and ferroptosis as key mechanisms”为题发表在《Comparative Biochemistry and Physiology Part C Toxicology & Pharmacology》期刊上。

该论文以斑马鱼胚胎为研究模型，深入探究了轮胎磨损颗粒（TWP）和乳胶颗粒（LAP）浸出液的环境毒性及其作用机制。研究通过设置0、0.5、2.5、5、7.5和10g/L等不同浓度的浸出液，对斑马鱼胚胎进行为期5天的暴露处理，综合运用生理指标监测、氧化应激标志物检测、转录组分析及功能拯救实验等方法，系统比较了两种颗粒浸出液的毒性差异，并揭示了其潜在的分子机制。

在实验准备阶段，研究团队通过机械剪切制备了 TWP 和 LAP 颗粒，并利用泽攸科技的台式扫描电镜对其表面形态和粒径分布进行了评估，确认颗粒尺寸在150–180 μm范围内，且表面粗糙不规则；经浸出处理后，SEM图像显示颗粒表面出现裂纹且粗糙度增加，这一现象为颗粒在浸出过程中释放重金属和有机化合物提供了形态学证据。化学分析进一步发现，LAP 浸出液中锌浓度显著高于 TWP 浸出液，且含有独特的苯并噻唑衍生物，而 TWP 浸出液则包含 3 - 氨基 - s - 三唑等有毒物质，这些成分差异可能是两者毒性不同的重要原因。

图 TWP 和 LAP 在7天浸出过程前后的扫描电镜图像：（A）浸出前的 TWP，（B）浸出前的 LAP，（C）浸出后的 TWP，（D）浸出后的 LAP

生理毒性评估结果显示，LAP 浸出液的毒性显著强于 TWP：在高浓度下，LAP 导致的死亡率更高、孵化延迟更严重，且胚胎出现更明显的尾部和脊柱弯曲等畸形，对自发运动、心跳速率和体长的抑制作用也更为突出；相比之下，TWP 浸出液的毒性效应相对较弱，在相同浓度下对胚胎的损伤程度较低。氧化应激检测表明，LAP 暴露引发的丙二醛（MDA）水平升高和谷胱甘肽 S - 转移酶（GST）活性降低更为显著，显示其造成的氧化损伤和解毒系统 impairment 更严重；而 TWP 暴露则呈现出一定的适应性抗氧化反应。

转录组分析揭示了两者毒性机制的差异：LAP 暴露主要与铁代谢基因失调相关，铁死亡被确定为其核心毒性通路；TWP 暴露则通过上调细胞色素 P450 家族基因等启动解毒反应。功能拯救实验中，铁死亡抑制剂 Ferrostatin-1 虽未使生理指标改善达到统计学显著水平，但在联合处理组中观察到一定的缓解趋势，进一步支持了铁死亡在两种颗粒毒性中的作用。这些发现为理解微橡胶污染的生态风险提供了分子层面的见解，强调了针对不同来源微橡胶制定特异性管控措施的必要性。

泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜是一款集成度高、便携性强且经济实用的科研设备。它具备快速抽真空、高成像速度、多样的信号探测器选择，适用于形貌观测和成分分析，还能适配多种原位实验需求。该设备对安装环境要求低，不挑楼层，操作简单，非专业人士也能快速上手，且购买及维护成本均低于落地式扫描电镜，现已成为许多高校、研究所和企业的首选设备之一。