PNAS：24万个塑料颗粒？看完你还敢喝瓶装水吗？

2024-01-21 16:01

生活中，瓶装水、瓶装饮料的身影无处不在，长期以来，瓶装水一直被宣传为比自来水更安全的替代品——即使它不是直接来自山泉，它至少也是经过净化且不含化学物质的。但是我们日常购买的矿泉水，是真正纯净、天然、无公害吗？答案是：不全是。

微小的塑料碎片无处不在。现在，它们在瓶装水中的浓度比之前估计的高出 10 到 100 倍。近日，哥伦比亚大学和罗格斯大学的研究人员在一升典型瓶装水中发现了大约 240,000 个可检测到的塑料碎片。该研究题为“Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy”，发表在PNAS杂志。

塑料污染已成为全球日益关注的问题，环境中几乎所有地方甚至人类生物样本中都普遍存在微塑料污染。此外，越来越多的发现表明，塑料聚合物的碎片不会停止在微米水平，而是继续形成纳米塑料，其预期数量要高出几个数量级。

在该研究中检测到的塑料颗粒中约10%是微塑料，其余90%是纳米塑料。微塑料的尺寸在5毫米到1微米之间；纳米塑料是尺寸小于1微米的颗粒，而人类头发的厚度约为 70 微米。

人们的肺部、排泄物、血液和胎盘等地方已经发现了微塑料。2018 年的一项研究发现，每升瓶装水中平均含有 325 颗微塑料。

研究人员使用一种名为受激拉曼散射（SRS）显微镜的涉及两种激光的技术来检测这些粒子，并使用机器学习来识别它们。他们使用该系统搜索了七种常见的塑料：聚酰胺 66 (PA)、聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚氯乙烯 (PVC) ）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

采用高光谱 SRS 成像分析瓶装水中微纳米塑料暴露的既定工作流程如下图所示。对于每个样本，在SRS显微镜下的高光谱成像收集区域内随机采样五个或更多视场（FOV）。在每个视场中，通过集成数据分析工作流程检测微纳米塑料，该工作流程使用开发的算法和经过验证的阈值条件自动执行颗粒分割和塑料识别。然后将从高光谱 SRS 图像中获得的每个塑料颗粒的形态和化学信息结合起来，以提供高维分析。

研究人员使用了美国三个品牌瓶装水的五个样本，发现每升塑料颗粒含量在 11万至 40万个之间，七种塑料的平均含量约为 24万个。

研究人员通过分别分析每种类型聚合物的单个颗粒，以揭示化学异质性。在该研究库中，PA、PP、PET、PVC 和 PS 被发现可能在瓶装水中微纳米塑料暴露中发挥重要作用。微纳米塑料的确切化学成分因品牌而异，但在研究分析的所有三个品牌中，PA似乎是数量上共同的主要贡献者。

此外，在测试的三个品牌的瓶装水中中最常见的纳米塑料类型之一是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），它是瓶装饮料行业最常用的塑料。当挤压瓶子或反复拧上或拧下顶部时，微小颗粒很可能会磨损到水中。

在所有检测到的聚合物中都发现了塑料颗粒的形状变化，这证实了人们广泛认可的观点，即现实世界的微纳米塑料具有不同的形态特征。这个尺寸很难与研究实验室通常研究的工程聚合物纳米颗粒相似，并且与现实生活中的塑料颗粒暴露及其不同的物理化学性质（即尺寸、形状）相关的毒理学后果尚未确定。

总之，通过开发用于微纳米塑料分析的数据驱动的高光谱 SRS 成像平台，作者描述了一种提高纳米颗粒检测灵敏度和聚合物识别特异性的方法，这使我们能够开始解决纳米塑料长期存在的知识差距。作者估计，普通瓶装水中微纳米塑料的暴露量为每升105个颗粒的水平，这比之前报道的仅关注大型微塑料的结果高出两到三个数量级。

到目前为止，几乎没有研究表明纳米塑料进入血液后到底会做什么。但有大量证据表明，塑料生产中使用的化学品对人类健康和哺乳动物的繁殖有害。研究人员希望这项研究能够帮助人们更好地了解人类在生活中摄入的塑料及其影响。

来源：

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2300582121