《Journal of Hazardous Materials Advances》：Micro and nanoplastics pollution: Scientific progress, persistent gaps, and regulatory challenges
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摘要：微塑料与纳米塑料（MNPs）是生态系统中普遍存在的新型污染物。为全面概述MNP研究的现状、其与环境的关联、新兴问题、局限性和挑战，本计量学综述分析了Web of Science数据库中所有年份和语种的16,578项主要研究。应用基于机器学习的优化方法提取
摘要：微塑料与纳米塑料（MNPs）是生态系统中普遍存在的新型污染物。为全面概述MNP研究的现状、其与环境的关联、新兴问题、局限性和挑战，本计量学综述分析了Web of Science数据库中所有年份和语种的16,578项主要研究。应用基于机器学习的优化方法提取目标、结论、生物类群、研究场景、生物标志物技术及所研究MNP类型的数据。结果显示，大多数研究集中于MNPs的效应，其次是鉴定方法、污染及其与其他污染物的关联。鱼类、微生物和哺乳动物是研究最多的生物类群，实验场景和水生系统是主要的研究设置。一个重要的关注点是这些颗粒被吸收后的行为，特别是在人类中的分布、消除、主要暴露途径、生物学机制以及对不同器官系统的影响。尽管付出了巨大的科学努力，但在协同效应、生物体内MNP动力学以及大规模环境去除方面仍存在空白。MNPs具有高度多样性，其物理化学特性和浓度直接影响其行为和毒性。需要开展模拟环境现实暴露并反映真实生态条件的次生MNPs研究。此外，采样、鉴定和暴露程序中缺乏方法学标准化阻碍了可比性并延缓了标准化协议的建立。本综述讨论了MNP污染的全球影响。
1. 引言
该部分确立了微塑料（MPs，<5 mm）和纳米塑料（NPs，通常定义为<100 nm，基于ISO和IUPAC对纳米材料的经典定义，即1至100 nm范围内出现尺寸依赖性物理化学特性）作为新兴关注污染物（contaminants of emerging concern）的地位。文章指出，由于塑料的耐久性和低成本，其使用已成为现代社会的标志，但这导致了MNPs在海洋、河流、土壤、大气甚至雪中的广泛分散。常见的聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚酯（PES）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）频繁出现在环境污染物中。这些颗粒因其微小尺寸、环境持久性以及和生物化学系统的相互作用能力，对生态系统和人类健康构成潜在风险，已被广泛认定为应受监管的新兴污染物。
2. 材料与方法
本研究开发了一套文本挖掘流程，从Web of Science（WoS）核心合集系统地提取数据。数据采集使用了包括“microplastic*”、“nanoparticle plastics”等术语在内的检索策略。自动化筛选与分类流程结合了自然语言处理（NLP）和机器学习（ML）技术，具体利用了Python中的NLTK库进行语言学预处理（分词、词形还原、去停用词）和scikit-learn进行特征提取与建模（TF-IDF向量化、逻辑回归分类、余弦相似度分析）。分类器基于标题和摘要文本，结合特定领域术语的标志变量，预测文章为原创实验研究的概率。模型经过人工筛选的580篇出版物数据集校准和验证，表现出高稳健性（AUC-ROC: 0.926; F1 Score: 0.951）。最终，排除了非实验性研究（如综述、专利、会议摘要）后，保留了16,578篇出版物。数据提取涵盖了研究目标、结论、生物类群、研究场景和分析技术等变量，并使用R语言和CiteSpace软件进行了时序、地理和主题分析。
3. 结果与讨论
3.1. 出版物特征与国家分布
分析的数据集涵盖了16,578篇关于MNPs的主要研究出版物。数据显示，关于塑料颗粒的研究自1964年已有发表，但“microplastics”一词直到2004年才被正式使用。2015年后，出版物和引文量呈现显著且持续的增长，2024年达到峰值（4,456篇出版物）。研究涉及超过134个国家，中国以7,279篇的发文量位居首位，这归因于其快速的工业增长和与塑料废物管理相关的环境挑战。然而，在分析中心性（centrality，衡量国家在网络中连接作用的指标）时，美国（0.16）和欧洲国家显示出更高的影响力，表明尽管中国在数量上占优，美国和欧洲的工作在连接全球研究小组方面更具影响力。国家间的合作网络显示，中国、美国和德国是主要的科学产出和合作中心，而南美洲、非洲和东南亚部分地区的研究人员连通性较低。
3.2. 研究目标与结论：从目的到影响
出版物主要关注“效应（Effect）”、“检测/测定/鉴定（Detection/Determination/Identification）”和“污染（Contamination）”这三个目标。大多数研究报告了负面影响，其中43项研究证实了毒性。研究证实，MNPs可作为其他污染物的载体，包括多环芳烃（PAHs）、有毒金属、药品、疏水性有机污染物（HOCs）、全氟化合物、农药和其他持久性有机污染物（POPs），以及抗生素抗性基因（ARGs）。这种载体作用增加了生态风险。关于去除，研究主要集中在水和废水处理厂（WTPs/WWTPs），虽然常规处理工艺对MNPs的去除率较高（>90%），但由于废水量巨大，仍有大量MNPs通过处理后的流出液和污泥处置进入环境。MNPs的来源分为初级源（如化妆品中的微球、合成纺织品、轮胎磨损）和次级源（大块塑料的破碎）。尽管MNPs是众所周知的污染物，但在复杂基质（如环境和生物样品）中检测、鉴定和准确定量仍存在技术和方法上的挑战，缺乏标准化的方法学阻碍了不同研究间的可比性。此外，MNPs的吸收已在植物、鱼类、甲壳类动物和人类中被观察到，但其体内分布、消除过程及排泄机制仍需深入调查。相比之下，“运输（Transport）”、“与微生物的关联（Association with microorganisms）”和“协同效应（Synergistic effect）”的研究较少，属于知识空白领域。
3.3. 关键词与学科类别
关键词共现网络分析显示，“pollution”、“microplastics”和“particles”是使用频率最高的术语，而“resin pellets”、“temperature”和“contaminants”具有较高的中心性。学科类别分布证实该研究牢固扎根于环境科学（11,065篇），同时“工程学（Engineering）”、“海洋与淡水生物学（Marine & Freshwater Biology）”和“毒理学（Toxicology）”也是主要的研究前沿。值得注意的是，“材料科学（Materials Science）”和“多学科科学（Multidisciplinary Sciences）”显示出最强的引文爆发强度，表明研究领域正从单纯的描述性方法转向对基本机制的深入探究。“生物化学与分子生物学（Biochemistry & Molecular Biology）”的高中心性强调了在细胞和分子水平上理解MNPs影响的必要性。此外，文章讨论了MNPs对生态过程和气候过程的深远影响，包括改变微生物群落、干扰营养相互作用、影响氮、磷和碳循环（如干扰生物碳泵Biological carbon pump），以及可能通过改变云的微物理性质和区域辐射平衡加剧全球变暖。
3.4. 研究场景、测试生物及生物标志物分析技术
研究场景、生物类群和分析技术呈现出多样性。研究场景以“实验场景（Experimental scenario，包括实验室、中宇宙mesocosm、生物测定）”和“水生系统（Marine and Freshwater）”为主，自2021年以来实验场景的研究急剧增加。在生物类群中，鱼类、微生物和哺乳动物是研究最多的类群。用于生物标志物分析的技术主要包括生化分析（Biochemistry）、显微镜分析（Microscopy analysis）和分子技术（Molecular）。桑基图（Sankey diagram）展示了研究场景、生物类群与技术之间的主要关系，例如水生环境中的研究常结合鱼类模型和生化指标。这种多样性反映了为解决MNPs这一复杂问题所采取的跨学科研究方法。
