2025年11月，在上一篇Nature论文上线大半年后，美国哥伦比亚大学教授闵玮团队再次向编辑部投去一篇论文。他们发现，微塑料与水的交界处能够持续产生活性氧，进而影响周围的生物分子。这为理解微塑料的健康影响提供了一条化学线索。

然而，一位审稿人反复质疑这项工作的创新性：“这篇稿件的核心内容更像是将此前研究延伸到一个特定的应用场景，而非在科学问题或机制认识上取得实质性突破。”

两轮审稿中，闵玮花了不少精力解释两项工作的区别，从研究体系、重点概念、科学问题等角度逐一进行说明比较。对于一个在界面水领域深耕多年的团队来说，证明自己在不断突破，本就是前行路上必须回答的问题之一。

尽管最终未能说服这位审稿人，但编辑综合其他审稿人的意见后，认可了这项工作的价值。10月14日，这项由闵玮团队与美国加州大学伯克利分校教授Teresa Head-Gordon团队合作完成的研究在Nature上线。

“审稿人的这些批评或者质疑，更多是为了科学严谨性而进行的探讨，我们十分理解并且尊重。”闵玮说。

▲Nature论文截图。

“变性”的微塑料

我们生活在一个被塑料包围的世界。化学性质稳定、价格便宜，让塑料在一百多年间成了现代社会不可或缺的一部分。

硬币的另一面是，难以降解的特性，也让废弃塑料成了全球性的环境难题。经过日晒、风化和磨损，它们会逐渐碎裂成微塑料，甚至更小的纳米塑料，随空气和水流四处迁移，远至南北极和深海。

近年来，这些微小的塑料颗粒又带来了新问题。越来越多研究表明，微塑料会诱导应激、炎症和细胞毒性，可能对生物系统造成不利的健康影响。此外，微塑料与生殖损伤、心血管问题、神经系统疾病、炎症性肠病、癌症等疾病存在高度相关性。

“这在化学上是一件很奇怪的事情。”闵玮告诉《中国科学报》。

微塑料进入生物体后，究竟通过哪些路径影响了细胞和组织？实验中观察到的损伤，在真实的生物体中又会产生多大影响？

还有一个更基础的问题，原本以稳定著称、不爱参与化学反应的塑料，为何碎成微小颗粒后就“变性”了？

闵玮把目光投向了微塑料与水的交界处。他打了个比方：“假设把一张信用卡碎裂为直径10微米的微塑料，表面积可能增加了几千甚至上万倍，塑料与外部环境之间的相互作用，就变得不可忽略了。”

紧贴交界处的那几层水分子，被称为界面水。河面上与空气接触的水、杯壁旁的水、细胞膜周围的水，都属于界面水。

闵玮解释，在水的内部，水分子通过氢键彼此相连，形成不断变化的网络；到了界面处，水分子的排列方式和所处的电环境随之改变，性质也就与内部水不同了。

▲闵玮。

顺着这个思路，团队买来聚苯乙烯粉末，开始了探索。

一次实验中，论文一作、哥伦比亚大学博士后钱乃馨意外发现，当聚苯乙烯微塑料与含甲基橙的水混合，10天后，溶液中的黄色几乎完全消失。这说明甲基橙降解了。

“甲基橙容易被活性氧降解。”闵玮介绍，“由于聚苯乙烯粉末难溶于水，且具有化学惰性，人们原本预期它不会与甲基橙发生化学相互作用。”

接下来，团队结合共聚焦显微成像等技术，通过多种实验交叉验证，确认了聚苯乙烯与水的界面能够自发、持续地生成羟基自由基——这是一种反应性很强的活性氧。在聚乙烯、聚丙烯等另外5种常见塑料中，他们同样检测到了这一现象。区别在于，塑料表面越疏水，产生活性氧的能力通常越强。

Head-Gordon团队的模拟计算则进一步表明，疏水表面改变了附近水分子的环境，使羟基自由基的生成在能量上更容易发生。换言之，微塑料“变性”的关键，在于它与周围水之间发生了相互作用。

那么，当微塑料与生物体内的水接触后，是否会发生类似的反应呢？

体外实验显示，一些带电生物分子会聚集到微塑料表面，其中的蛋白质还会出现异常聚集。加入能够清除自由基的物质后，蛋白质聚集明显受到抑制。此外，小鼠红细胞与微塑料接触后，会出现“头盔状”变形、破碎，以及溶血的情况。

“大家知道，活性氧是比较‘坏’的东西，可以损伤蛋白质、细胞膜，进而引发炎症。”闵玮表示，“这项工作尚不能完全厘清微塑料与健康之间的因果关系，但从基础化学层面，为理解其生物效应提供了新的依据。”

“顺其自然”与“意料之外”

闵玮对界面水的关注，始于2019年的一项发现。

这一年，美国斯坦福大学教授Richard Zare团队报道，将水雾化成微小液滴后，无需添加催化剂或施加电压，便能检测到过氧化氢。

这项工作开启了“微液滴化学”方向。之后越来越多实验证明，水变成几百微米的液滴后能自发产生活性氧。

闵玮指出：“虽然目前还有一定争议，但大家基本都认可，这个现象与水和空气的界面有关。”

然而，要开展界面水的研究十分困难。一般而言，界面处只有1～2个水分子层，厚度不超过1nm，要从大量水分子中辨认出它们的信号并不容易。闵玮在光谱和显微成像上的研究积累，恰好提供了切入口。

▲闵玮。

在美国哈佛大学做博后期间，闵玮与合作者自主研发的受激拉曼散射显微成像技术，能够检测到室温下单分子灵敏度的光谱吸收。2010年独立建组后，他又进一步发展受激拉曼散射技术，并将其应用于脑科学代谢成像、肿瘤检测等领域。

因此，当Zare联系闵玮合作时，他毫不犹豫地答应了，利用实验室的这套技术成功测量了微液滴界面的电场。

界面水神奇的性质，同样引发了闵玮极大的兴趣。此后，他带领团队开展了系列工作，2025年4月发表于Nature的研究正是其中之一。团队利用高分辨率拉曼光谱结合多元曲线分解（Raman-MCR）技术，与合作者揭示了油滴界面水的微观无序分子结构及其伴随的超强静电场效应，为界面水的物理化学特性及其在化学、生物学、材料科学等多个领域的影响提供了新认识。

在扩展应用方向的过程中，闵玮也关注到了微塑料。“要想与水形成界面，就需要疏水的物质，无论是空气、油滴还是细胞膜，都属于此类。微塑料同样如此。”他说。

2023年前后，团队利用高光谱受激拉曼散射（SRS）成像平台，辅以自动塑料鉴定算法，尝试定量分析微塑料的数量。2024年，这项工作发表于PNAS（美国《国家科学院院刊》），在所分析的三种品牌瓶装水样本中，平均每升约有24万个微纳塑料颗粒，其中约90%为纳米塑料，直观展示了微塑料污染的严峻性。

“完全是意料之外。”闵玮表示，对微塑料的研究，原本只是“支线任务”，想看看水里有多少微塑料。随着研究深入，他们才开始好奇，这些颗粒可能通过什么机制产生“毒性”。

闵玮同时指出，实验室的不少工作都可以归结为“意料之外”。“这也正是基础研究的特点，我们永远无法提前预测实验结果或规划某个科学问题的研究走向。”他说，但更重要的是长期积累，唯有一直在路上，才有可能在途中摘取意外的果实。

殊途同“水”

对闵玮来说，科研的乐趣还在于与同行互相启发。

今年7月，闵玮团队的论文仍在审稿时，浙江大学教授王勇团队与合作者关于塑料降解的研究在Nature上线。

这项工作同样受到了微液滴研究的启发，也引用了闵玮团队去年的Nature论文。文中指出，将塑料与水混合在一起，在加热、加压供氧和搅拌条件下，无需外加催化剂，就能将废旧聚乙烯、聚丙烯等转化为有机酸。其中关键在于，熔融塑料被分散成无数微米尺度的“油滴”，界面处原位生成的羟基自由基就像一把把精准的“分子剪刀”，将塑料中稳定的长链分子剪断。

读完论文，闵玮感叹：“天底下的事情怎么那么巧！”

他没有担心自己的论文可能被抢发，只有和另一个团队“共脑”的兴奋。

“我马上联系了他们，说我们想的是一样的。”他笑道，“两项研究的目标不同，却从各自的方向发现了界面水的化学活性，而且能够很好地互相支持。此外，我们认为可能损伤生物分子的自由基，换一个场景，恰恰就有用了。”

这些发生在界面水处的奇妙反应，也把闵玮拉回一个年轻时就令他着迷的问题——电子如何从一个分子转移到另一个分子，这个过程又发生得多快？

加州理工学院教授Rudolph Marcus从20世纪50年代开始发展的电子转移理论（也称为Marcus理论），为回答这一问题提供了框架。他也因此获得1992年诺贝尔化学奖。

闵玮至今记得第一次见到Marcus理论的惊艳。1999年考入北京大学化学系后，有一次他在图书馆“闲逛”，无意中翻到Marcus理论，一下子就被这个简洁而普适的速率公式吸引了。

“去哈佛读博，我承担的第一个实验课题，底层原理还是Marcus理论。”他补充道。

“Marcus理论的优美深邃程度，在现代化学教科书里几乎很难有出其右者。然而却因理论太超前，预测反直觉，在随后的十几年间被屡屡质疑，在20世纪60年代几乎被实验界当作谬误。”这位巨擘的科学品味和经历，给了闵玮很多鼓舞。

近两年，闵玮又在实验合作者一组意外数据的启发下，尝试推广经典Marcus理论，将界面处的能量因素纳入计算，为这些反应寻找统一的解释。今年6月以来，他们在The Journal of Chemical Physics先后发表3篇论文，逐步建立并完善水界面的电子转移模型。

在采访中，闵玮特别提及了他和Marcus的最后一次见面。

▲闵玮（左）与Marcus合影。

今年年初，一位在加州理工学院任教的昔日学生邀请闵玮作报告。闵玮特意询问，能否请Marcus来听。

报告当天，102岁的Marcus果然来到现场，听闵玮介绍如何用Marcus理论理解水界面的化学反应。报告结束后，Marcus表达了赞许，并连贯地问了许多问题，还和他讨论了沿着这一框架继续研究的方向。

“他从家里折腾来学校很不容易。我很感动，也很激动。”闵玮说。

遗憾的是，几个月后，即将迎来103岁生日的Marcus与世长辞。得知消息时，闵玮正在写的，恰好是一篇推广Marcus理论的论文。

“科学不朽，巨匠安息。”他在朋友圈写道。