随着塑料污染问题的加剧，环境中聚合物纳米颗粒（NPs）的来源、分布、检测及其对动物和人类健康的潜在影响成为研究热点。然而，目前缺乏标准化的参考材料来支持相关研究。
近期，有研究人员通过改进受限冲击射流混合技术，成功制备了粒径小于100 nm、形态可调且由荧光标记的多种聚合物纳米颗粒，并验证了其在复杂环境和生物系统中的可检测性和应用潜力，为研究纳米塑料的行为、摄取、转运及生物效应提供了标准化参考材料。相关研究以“Preparation of Well-Defined Fluorescent Nanoplastic Particles by Confined Impinging Jet Mixing”为题目，发表在期刊《Environmental Science & Technology》上。
本文要点：
1、本研究通过受限冲击射流（CIJ）混合工艺制备了聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等纳米颗粒，颗粒直径均小于100 nm，且具有良好的胶体稳定性。
2、将不同荧光染料（如尼罗红、荧光素和罗丹明）掺入纳米塑料颗粒中，以实现在复杂环境中的有效检测。
3、通过将荧光标记的纳米颗粒暴露于小鼠巨噬细胞中，成功观察到细胞对纳米颗粒的摄取。
4、研究还通过液氮冷冻和球磨技术改变了纳米颗粒的形状，使其更接近环境中发现的塑料碎片的形态。
5、该方法为研究纳米塑料在环境中的行为、摄取和生物效应提供了重要的参考材料，未来可进一步探索不同聚合物和添加剂的组合，以更好地模拟市场上不同塑料材料的特性。
受限冲击射流（Confined Impinging Jet, CIJ）混合技术是一种用于生产聚合物纳米颗粒的高效方法，具体步骤如下：
1、聚合物溶液准备：首先，将聚合物（如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯）溶解在适当的溶剂中，通常浓度为5 mg/mL。
2、共注射：将聚合物溶液与反溶剂（通常是水）同时注入CIJ混合器中。反溶剂中可能含有盐或表面活性剂，以控制纳米颗粒的大小和稳定性。
3、快速混合：CIJ混合器设计用于快速混合两种液体流，形成受限的喷射流。这种快速的微混合使得聚合物在与反溶剂接触时立即沉淀形成纳米颗粒。
4、沉淀与收集：混合后的液体中含有沉淀的聚合物纳米颗粒，这些颗粒被收集在一个包含捕获介质的储液槽中，以确保颗粒的胶体稳定性。
5、纯化：通过透析和过滤去除未反应的材料、溶剂或表面活性剂，以获得纯净的纳米颗粒分散液。
6、表征：使用动态光散射（DLS）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等技术对生产的纳米颗粒进行表征，以评估其大小、形状和稳定性。
该方法能够生产直径小于100nm的聚合物纳米颗粒，并且可以通过调整注射条件和反溶剂的成分来调节颗粒的大小和形状。
使用受限冲击射流混合技术制备纳米颗粒的优势包括：
1、高效混合：CIJ技术能够实现快速的微混合，使得不同液体流的混合更加均匀，从而提高纳米颗粒的形成效率。
2、可调节特性：该方法能够通过调整溶液浓度、盐浓度等参数来精确控制纳米颗粒的尺寸和形状，满足不同研究需求。
3、多种聚合物适用性：CIJ技术可以应用于多种聚合物（如聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯和聚丙烯）的制备，具有广泛的适用性。
4、荧光标记能力：在制备过程中可以方便地掺入荧光染料，使得纳米颗粒能够在复杂环境中被有效检测，便于开展后续的生物相互作用和环境行为研究。
5、良好的胶体稳定性：制备的纳米颗粒在水相中表现出优异的长期胶体稳定性，适合用于生物和环境系统的研究。
6、形状修改的灵活性：后处理过程中可以通过冷冻和球磨等方法改变纳米颗粒的形状，使其更接近环境中实际存在的塑料碎片形态。
7、简单可扩展：该方法操作简单，易于扩展，适合大规模生产，为环境和生物研究提供了标准化的参考材料。
综上所述，CIJ技术为纳米颗粒的制备提供了一种高效、灵活且可控的方法，适合于多种研究领域。
图1.聚合物纳米粒子制备示意图。
图2.聚合物纳米粒子的尺寸和形状。
图3.PET纳米粒子的尺寸可调性。
图4.荧光染料标记纳米粒子的尺寸和稳定性。
图5.染料标记纳米粒子的荧光。
图6.用尼罗红标记的PET纳米粒子的细胞摄取研究。
图7.纳米粒子形状的改变。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03697
