海藻酸盐/甲壳素“捕塑网”清除肠道微塑料 微塑料已经从环境污染问题逐渐延伸到食品安全与人体健康领域。瓶装水、加工食品乃至日常饮食中都可能存在微塑料，人们也因此持续面临摄入暴露。尤其是尺寸更小的微塑料，不仅可能在胃肠道中滞留，还存在跨越肠道屏障并进入其他组织的可能。问题在于，已经“吃进去”的微塑料该怎么办？相比在体外净化水体，胃肠道是一个不断变化的复杂环境：胃里强酸、肠道接近中性，同时伴随着食物、消化液和持续蠕动。传统吸附材料往往很难同时兼顾捕获效率、生物相容性以及顺利排出。因此，如何利用胃肠道自身环境变化，在微塑料进一步累积之前将其“拦下来、包起来、带出去”，成为一个值得关注的新思路。 近日，武汉大学邓红兵教授、Jun Wu联合华中科技大学周雪教授利用海藻酸盐微纤维和甲壳素纳米纤维构筑了一种可口服的动态生物质微—纳纤维框架Alg-Ch。它并不是依赖单一吸附机制，而是会随着胃肠道pH变化“切换工作模式”：在胃部酸性环境中，质子化甲壳素纳米网络通过静电作用吸附微塑料；进入肠道后，海藻酸盐微纤维明显溶胀，进一步把微塑料困在三维纤维孔隙中。材料在水中对500 nm聚苯乙烯微塑料去除率达到98.8%，在模拟胃液和肠液中的最大实验捕获容量分别达到816.6和1114.5 mg g⁻¹，并能够捕获PET、PMMA、PE、PP以及纤维状PS等不同微塑料。动物实验进一步显示，Alg-Ch可以加速微塑料经粪便排出，并缓解长期微塑料暴露引起的肠屏障损伤、炎症和菌群紊乱。相关成果以“Dynamic biomass micro–nanofibre framework for entrapment and clearance of gastrointestinal microplastics”为题发表在《Nature Nanotechnology》上，Yang Wu和 Fangtian Liu为共同第一作者。 这项工作的核心并不是简单地把两种天然高分子混在一起，而是利用它们截然不同的尺度和环境响应行为构筑一个动态网络。研究人员首先将甲壳素剥离成纳米纤维片层，再与海藻酸盐微纤维组装，通过冷冻干燥诱导两者形成氢键和物理缠结，最终得到具有海绵状结构的Alg-Ch微—纳纤维框架（图1a）。整个体系不需要额外引入化学交联剂，海藻酸盐与甲壳素之间发生的氢键重排以及更强的水—高分子相互作用，则分别通过FTIR和低场核磁得到验证（图1b、c）。更重要的是，这种材料具有明显的多级孔结构。SEM可以看到内部连通的纤维网络（图1d、e），三维表面轮廓和AFM进一步显示其从微米到纳米尺度的复杂纤维形貌（图1f、g）。这样的结构既提供了大量与微塑料接触的界面，也赋予材料很好的可压缩性：被压缩后，它在水中能够快速恢复形状（图1h），经历100次压缩—释放循环后仍可保持约97.3%的初始高度（图1i）。这对于口服材料很重要，因为它必须经受胃肠蠕动，而不能一压就塌。研究人员随后把Alg-Ch放入含有500 nm荧光PS微球的水中。4小时后，溶液荧光明显下降，去除率达到98.8%（图1j、k）。共聚焦和SEM可以看到，大量微塑料均匀附着在纤维网络表面，颗粒负载密度约为4×10⁵个/mm²（图1l、m）。换句话说，这个看似普通的白色“海绵”，实际上是一张具有巨大界面面积的微纳米“捕塑网”。 图1：Alg-Ch微—纳纤维框架的构筑与基本性能 真正有意思的地方出现在胃肠环境切换之后。研究人员比较不同海藻酸盐/甲壳素比例后发现，Alg:Ch=1:10时综合表现最好。海藻酸盐过多反而会提前过度溶胀，把原本可以接触微塑料的位点遮挡起来，因此并不是“越多越好”。在模拟胃液中，Alg-Ch主要表现为表面吸附。酸性环境使甲壳素上的氨基发生质子化，形成带正电的—NH₃⁺位点，可以与部分微塑料表面发生静电等相互作用，因此SEM中可以看到大量颗粒附着在纤维表面（图2a）。当材料进入接近中性的模拟肠液后，机制发生变化：海藻酸盐羧基去质子化，纤维大量吸水溶胀，形成更加开放的三维孔隙，微塑料开始被直接“包”进网络内部（图2b–d）。这种变化非常明显。Alg-Ch在模拟胃液中的溶胀率约为5665%，到了模拟肠液进一步增加到约5979%（图2e）。因此，肠液中的微塑料捕获容量也明显高于胃液，平衡时大约提高1.4倍（图2f）。动力学分析还将整个过程分为膜扩散、孔内扩散以及最终平衡三个阶段，而且肠液中的传输速度整体更快（图2g）。随着微塑料浓度提高，Alg-Ch的捕获量继续增加：对于PS，实验测得胃液和肠液中的捕获容量最高分别达到816.6和1114.5 mg g⁻¹（图2h）。更重要的是，它并不只认一种塑料。无论是表面带羧基的PS-COOH、带氨基的PS-NH₂，还是PET和PMMA，Alg-Ch都表现出较高捕获能力（图2