已有研究證實，從一次性紙杯、塑料奶瓶，到人類母乳、人類胎盤，再到北極、珠穆朗瑪峰，對人體有害的微塑料已經(jīng)無處不在。
然而，一項最新研究表明，與真實情況相比，人類以往所能觀察到的微小塑料顆粒的數(shù)量微乎其微——基于新的光學(xué)成像技術(shù)，科學(xué)家能更快、更好地觀察到納米塑料，將“能看到的”塑料顆粒的數(shù)量擴大了 10-100 倍。
在此次研究中，科學(xué)家們測試了美國市場上三個受歡迎的瓶裝水品牌（具體品牌未透露），量化結(jié)果表明，每升瓶裝水中含有超過 10 萬個塑料顆粒，其中大部分是納米塑料。
圖｜對瓶裝水中數(shù)十萬個以前看不見的微小塑料顆粒進(jìn)行成像。
相關(guān)研究論文以“Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy”為題，已發(fā)表在科學(xué)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。
此前，由于缺乏有效的分析技術(shù)，納米塑料方面的基本知識仍然空白，該研究有望填補納米級塑料污染方面的知識空白。
已成為一個公共問題
全球塑料每年產(chǎn)量接近 4 億噸，每年有 3000 多萬噸被傾倒在水域或陸地上，許多含塑料的產(chǎn)品，包括合成紡織品，在使用過程中也會脫落顆粒。
與天然有機物質(zhì)不同，大多數(shù)塑料并不會被分解成相對無害的物質(zhì)；它們只是不斷分裂，變成越來越小的、含有相同化學(xué)成分的顆粒。在單個分子之外，理論上它們的大小并沒有極限。
微塑料被定義為從 5 毫米到 1 微米的塑料碎片，在塑料被分解為越來越小的碎片時產(chǎn)生，人類和其他生物攝入這些顆粒后，可能對健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生未知的影響。以往研究證實，每一瓶裝水中含有成千上萬的可識別微塑料碎片。
瓶裝水中的塑料成為一個公共問題，主要是因為科學(xué)家在 2018 年的一項研究中檢測到平均每升水含有 325 個顆粒；后來的研究將這一數(shù)字不斷翻倍。科學(xué)家們懷疑，實際數(shù)量遠(yuǎn)超他們的觀察，但對于小于 1 微米尺寸的微塑料，一直沒有相關(guān)研究成果。
如今，由哥倫比亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊利用改進(jìn)的新技術(shù)，讓人們真正看到了微塑料進(jìn)一步分解的產(chǎn)物——納米塑料（尺寸小于 1 微米）。
不同于微塑料，納米塑料體積更加微小，可以直接穿過腸道和肺部進(jìn)入血液，進(jìn)而被傳輸?shù)叫呐K和大腦等器官；它們還可以侵入細(xì)胞，甚至通過胎盤進(jìn)入未出生嬰兒的體內(nèi)。科學(xué)家們迫切希望，通過一系列研究來理解這些顆粒對各種生物系統(tǒng)可能造成的影響。
“人們開發(fā)出了觀察納米顆粒的方法，但他們并不知道自己在看什么，”該論文的第一作者、哥倫比亞大學(xué)化學(xué)系研究生 Naixin Qian 說。她表示，之前的研究可以提供納米質(zhì)量的總體估計，但大多數(shù)情況下無法計算單個顆粒的數(shù)量，也無法識別哪些是塑料，哪些是其他東西。
“以前，這是一個未知領(lǐng)域，開展毒性研究只是為猜測里面有什么，”該論文的共同通訊作者、哥倫比亞大學(xué)拉蒙特-多爾蒂地球觀測站環(huán)境化學(xué)家 Beizhan Yan 說，“這項研究為我們打開了一個窗口，讓我們能夠窺視之前無法接觸的世界。”
或許遠(yuǎn)不只是這些
在這項工作中，研究人員首次對瓶裝水中的納米塑料顆粒進(jìn)行了識別和統(tǒng)計。他們發(fā)現(xiàn)，平均每升瓶裝水中含有大約 24 萬個可檢測的塑料碎片——這一數(shù)字是之前基于較大尺寸估算的 10-100 倍。
這一發(fā)現(xiàn)得益于一種名為受激拉曼散射顯微技術(shù)（stimulated Raman scattering microscopy）的新方法——通過使用兩個同時發(fā)射的激光器來探測樣本，使特定分子產(chǎn)生共振。該方法由論文的共同通訊作者、哥倫比亞大學(xué)生物物理學(xué)家 Wei Min 共同發(fā)明。
圖｜檢測瓶裝水中的微納米塑料：樣品制備、SRS 成像和數(shù)據(jù)分析。
此外，針對七種常見塑料，研究人員創(chuàng)建了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動算法來解釋實驗結(jié)果，他們測試了美國市場上三個受歡迎的瓶裝水品牌，并分析了直徑大小僅為 100 納米的塑料微粒。
他們在每升瓶裝水中發(fā)現(xiàn)了 11 萬到 37 萬個塑料顆粒，其中 90% 是納米塑料，其余為微塑料。他們還確定了這些顆粒屬于七種特定塑料中的哪一種，并繪制了它們的形狀圖，這對于生物醫(yī)學(xué)研究頗具價值。
圖｜對瓶裝水中每種塑料聚合物的顆粒大小和形狀進(jìn)行統(tǒng)計分析。
其中一種常見的塑料是聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），這是制造大多數(shù)水瓶所需的材料。當(dāng)水瓶受到擠壓或受熱時，PET 可能會隨著碎屑脫落而進(jìn)入水中。最近的一項研究表明，當(dāng)水瓶蓋反復(fù)打開或關(guān)閉時，也會導(dǎo)致許多微粒進(jìn)入水中。
然而，比 PET 數(shù)量更多的是聚酰胺（一種尼龍材料）。Yan 表示，這很可能來源于用于凈化瓶裝水的塑料過濾器。其他被發(fā)現(xiàn)的常見塑料包括：聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，都是在各種工業(yè)過程中使用的材料。
更令人擔(dān)心的是，這七種塑料類型僅占他們在樣品中發(fā)現(xiàn)的所有納米顆粒的大約 10%；他們不知道其余的是什么。如果這些都是納米塑料，這意味著每升水中可能有數(shù)以千萬計的顆粒。但這些顆粒也可以是幾乎任何東西，這表明看似簡單的水樣本內(nèi)部實際上包含著復(fù)雜的顆粒成分。
越小，越容易進(jìn)入我們體內(nèi)
當(dāng)前，研究人員正致力于將研究范圍擴展到瓶裝水以外。
“納米塑料的世界廣闊無垠，有待深入研究，”Min 說。他指出，按質(zhì)量計算，納米塑料遠(yuǎn)少于微塑料，但“重要的不是大小，而是數(shù)量。因為越小的東西，越容易進(jìn)入我們體內(nèi)。”
另外，該團隊還計劃研究自來水，后者也被證實含有微塑料，盡管遠(yuǎn)少于瓶裝水。
同時，Yan 正在開展一個項目，研究人們洗衣服時流入廢水中的微塑料和納米塑料——據(jù)他統(tǒng)計，每洗 10 磅衣物就會產(chǎn)生數(shù)百萬個微粒，這些微粒來自構(gòu)成許多衣物的合成材料。他們正在設(shè)計一種過濾器，從而減少商業(yè)和家庭洗衣機造成的污染。
此前的一項研究表明，廢水污水中存在大量牛仔褲上的靛藍(lán)牛仔超微纖維，且已出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的北極海洋沉積物中。來自另一項研究的數(shù)據(jù)顯示，每年全球約有 17.65 萬噸以尼龍和聚酯為主的合成微纖維被排放到陸地環(huán)境中。
此外，該團隊也計劃對英國合作者徒步穿越南極洲西部時收集到的雪中微粒進(jìn)行測試；他們還與環(huán)境健康專家合作，測量人體各種組織中的納米塑料，并研究其對發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)的影響。
“發(fā)現(xiàn)如此多的這種物質(zhì)并不完全出乎意料，”Qian 說，“關(guān)鍵在于，物體越小，數(shù)量就越多。”
參考鏈接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300582121
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