蔡松霖/陈俊均团队CRSus：先聚集后浓缩，快速检测纳米塑料和亚微米塑料

2026-03-12 11:41

上海

可持续发展

Sustainability

2026年2月27日，香港理工大学蔡松霖副教授、陈俊均博士团队在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports Sustainability发表了题为“Aggregate-then-concentrate microfluidics for rapid detection of nanoplastics and submicroplastics”的研究论文。他们开发了一种先聚集后浓缩的策略，将颗粒聚集和浓缩集成到微流控装置中，用于检测纳米颗粒，解决了该技术分离亚微米和纳米颗粒时需要缩小通道尺寸的缺陷。

研究亮点

本研究设计的微流控通道能够有效地聚集和浓缩亚微米和纳米塑料颗粒。

纳米塑料颗粒聚集浓缩后，很容易被染色，实现快速低成本纳米塑料污染检测。

本研究将纳米粒子聚集集成到惯性微流控技术中，解决了该技术分离亚微米和纳米颗粒时需要缩小通道尺寸的缺陷。

研究简介

纳米颗粒在影响生理和生态系统方面发挥着重要作用。它们极小的尺寸使其能够轻易穿过生物屏障。目前，检测这些纳米颗粒依赖于过滤、离心和一些新兴的微流控技术，与先进的显微镜和光谱技术相结合，已成为检测环境与生物纳米颗粒的一种很常见的方法。然而，这些步骤通常复杂繁琐，导致分析量低。此外，诸如拉曼光谱和扫描电子显微镜等先进技术通常成本高昂且需要专业人员操作，导致它们的广泛应用受到限制。

我们开发了一种先聚集后浓缩的策略，将颗粒聚集和浓缩集成到微流控装置中，用于检测纳米颗粒。以纳米塑料为例，我们首先在系统中将纳米塑料聚集形成较大的聚集体，然后在装置下游对纳米塑料进行浓缩。纳米塑料颗粒聚集浓缩后，很容易被染色，因此可以使用标准荧光显微镜实现快速低成本纳米污染检测（图1）。使用这种先聚集后浓缩的策略，我们实现了90%的回收率，包括海水样品的试验。以图2为例，经过聚集和浓缩的纳米颗粒容易被染色（500 nm尺寸颗粒），因此可以使用标准荧光显微镜检测，与对照相比（没有聚集和浓缩的纳米塑料颗粒），颗粒很难被染色和使用标准荧光显微镜检测（图3）。

图1 微流控系统首先将纳米塑料聚集形成较大的聚集体，然后在下游对其进行浓缩。经过聚集和浓缩的纳米颗粒很容易被染色，因此可以使用标准荧光显微镜实现快速低成本纳米污染检测。

图2 经过聚集和浓缩的纳米颗粒（500 nm颗粒）容易被染色，因此可以使用标准荧光显微镜检测，降低成本和时间。

图3 与对照相比（没有聚集和浓缩的纳米塑料颗粒），颗粒很难被染色和使用标准荧光显微镜检测。

此外，尽管基于螺旋通道的惯性微流控技术因其简便、高通量和无需标记等优点，在细胞分选领域获得了广泛的科学关注，但其通常仅限于大于10 μm的颗粒，因为分离更小的颗粒需要缩小通道尺寸。因此，将其应用于亚微米和纳米颗粒的检测仍面临相当大的挑战。本研究克服了该技术在检测亚微米和纳米颗粒方面的传统局限性，无需缩小微流控通道尺寸，从而避免了因通道尺寸缩小而带来的问题。这种方法将显著提升该技术在亚微米和纳米颗粒分选方面的应用潜力，其应用范围涵盖临床诊断、环境监测等领域，尤其是在资源匮乏的环境中开辟了新的途径。

作者专访

Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者蔡松霖副教授进行了专访，为大家进一步详细解读。

CellPress：

请简要概述这项工作的亮点。

蔡松霖副教授：

我们开发了一种先聚集后浓缩的微流控通道，将颗粒聚集和浓缩集成到微流控装置中，用于检测亚微米级和纳米级颗粒。以纳米塑料为例，纳米颗粒经过聚集和浓缩后，很容易被染色，因此，可以通过常规荧光显微镜进行观察和分析，从而实现快速低成本纳米塑料污染检测。

CellPress：

研究过程中遇到了哪些困难？团队是如何克服并顺利解决的？

蔡松霖副教授：

挑战在于确定聚集纳米颗粒的最佳明矾（硫酸鋁鉀）用量，由于文献中的最佳明矾浓度各不相同，也不完全适用于微流控通道，因此我们没有具体的参考标准，我们必须反复试验才能找到适用于我们微流控通道的最佳明矾浓度，这需要我们耐心地不断尝试去解决。

CellPress：

团队下一步的研究计划是怎样的？

蔡松霖副教授：

下一步的研究将着重于寻找或开发高效的聚集剂，以加速纳米颗粒的聚集动力学，这对于加快样品处理速度至关重要。此外，为了拓展其在临床诊断中的应用，我们将更加关注纳米生物颗粒，例如外泌体、病毒等，并针对这些生物颗粒寻找适用于我们技术的聚集剂。

CellPress：

请您与我们分享一下选择Cell Reports Sustainability的原因。

蔡松霖副教授：

Cell Reports Sustainability作为Cell Press细胞出版社旗下的可持续发展领域新期刊，具有很高的学术声誉和影响力，我们非常荣幸能将研究成果发表在该平台上，期刊坚持高标准的审稿流程和开放获取的出版模式，有助于我们研究的快速传播与国际交流，也符合我们推动科学共享的初衷。

作者介绍

陈俊均

博士

陈俊均博士在香港城市大学获得工学学士和博士学位。之后，他在香港理工大学蔡松霖教授的指导下从事博士后研究。目前，他在香港浸会大学担任博士后研究员。他的研究方向包括微流控技术在环境污染中的应用，以及用于检测耐药菌的有机电化学传感技术。

蔡松霖

副教授

蔡松霖教授是香港理工大学应用生物及化学科技学系副教授。他本科毕业于南洋理工大学，博士毕业于新加坡国立大学。之后，他在南洋理工大学-伦敦帝国理工学院联办医学院从事博士后研究。他的研究领域横跨微生物学和环境科学，致力于开发芯片实验室平台，以研究复杂的生命系统和环境挑战。他将微流控技术应用于微生物学和环境科学研究，在可控的微尺度条件下研究感染、宿主与病原体相互作用以及环境污染，从而将基础研究成果转化为实用的传感技术。