安徽农业大学叶冬冬等团队Advanced Materials!借鉴蜜蜂腿结构!新型仿生纤维实现微塑料捕获与同步检测

微塑料污染已经扩散至海洋、淡水、农田等各类生态环境，这类微小污染物比表面积大，极易吸附重金属、有机毒害物质，能够顺着食物链逐级传递，对生态系统稳定与食品质量安全构成持续威胁。现阶段实验室检测微塑料大多将污染物富集、样品鉴定拆分为两套独立离线操作流程，两套步骤分开开展不仅拉长整体分析周期，提升操作复杂程度，还容易造成目标样品损耗，也会引入额外污染干扰结果。尤其在植物组织这类组分复杂的生物基质内部，微塑料含量往往处于痕量级别，想要精准识别并完成定量测定，一直是环境检测领域亟待突破的现实难题。虽然表面增强拉曼散射技术具备灵敏度优势，但受基质背景信号干扰，直接用于复杂生物样本检测效果受限，缺少可以把收集富集和信号读取整合在一起的材料方案，制约了微塑料现场、实验室快速分析技术的落地应用。

在这项研究中，安徽农业大学叶冬冬、周亮教授团队参考蜜蜂腿部绒毛的结构功能特点，制备出海鞘纳米纤维素与 PDDA 改性正电 MXene 复合的仿生分级纤维材料，相关研究成果近日发表于《Advanced Materials》期刊。团队依托微流控纺丝工艺搭配界面静电调控手段，使纤维生成仿生褶皱微观形貌，同时搭建正电荷界面，依靠静电作用主动抓取带负电的微塑料，该材料吸附能力可达 978.9 mg/g，相比未改性原始纤维提升 9 倍。改性后的 MXene 表层同时充当表面增强拉曼散射传感基底，增强因子达到 1.2×10⁵，整体检测灵敏度提高 128 倍。研究人员借助多种表征手段确定两次浸涂循环是材料最优制备条件，兼顾涂层完整性、力学性能与传感效果。这套一体化平台能够削弱复杂生物样本带来的背景噪声，研究人员选取水培豆芽开展实际测试，成功完成植物体系内痕量微塑料检测，实验数据证实微塑料会优先在植物根系部位累积。

该研究解决了传统检测手段中微塑料富集和信号检测相互割裂的方法学痛点，依靠褶皱拓扑形貌以及阴‑阳‑阴多层静电异质结构构建静电捕获位点，同步实现污染物收集与拉曼信号放大输出。整套体系可以抵抗复杂生物基质的信号干扰，完成植物内部微塑料的高保真识别，为痕量新兴污染物检测提供全新材料思路。该方案现阶段局限来自微流控纺丝本身制备通量不高，但单次分析只需要很短的纤维试样，完全可以支撑实验室概念验证以及小规模痕量样本测试。后续可以通过并联多组微流控通道，或是切换到连续湿法纺丝工艺实现规模化制备，进一步优化材料利用效率，推动器件集成开发。该仿生设计思路不只适用于微塑料分析，也为环境介质、生物样本当中其他污染物的传感、一体化治理方向提供可参考的设计范式，对农业环境安全评估、生态污染监测工作具备实际参考价值。