瓶裝水、一次性餐具、預(yù)包裝食物、部分居家生活用品.....隨著塑料品的消費量逐年增加，塑料污染已然成為全球面臨的最緊迫的環(huán)境威脅之一。而這些塑料制品釋放出的塑料碎片，又會在物理、化學(xué)和生物的進(jìn)一步降解后分解成為“更微小但更嚴(yán)重”的威脅，即「微塑料」或「納米塑料」。
微塑料（Microplastic），是指直徑在1μm至5mm之間的塑料碎片和顆粒，在塑料制品使用過程中釋放，特別是食物用途的塑料制品。事實上，越來越多的實驗表明，塑料聚合物的碎裂并未止步于“微米級”，而是進(jìn)一步形成了納米塑料，數(shù)量上更是比預(yù)期高出了好幾個量級。
納米塑料（Nanoplastics），則是目前已知最小的微塑料，尺寸在1μm以下。與微塑料相比，納米塑料更易進(jìn)入人體，其體積小到可以穿過生物屏障（比如細(xì)胞膜）并進(jìn)入生物系統(tǒng)，從而引起潛在毒性。
那么，當(dāng)你在飲用瓶裝水時，究竟有多少微塑料或納米塑料進(jìn)入人體了呢？
為了得到更直觀且更準(zhǔn)確的回答，來自哥倫比亞大學(xué)和羅格斯大學(xué)的研究團(tuán)隊搭建了一套高光譜受激拉曼散射（SRS）成像平臺，檢測到每升瓶裝水中微/納米塑料濃度達(dá)到2.4±1.3×105（即24萬）個顆粒，其中約90%為納米塑料微粒。
先前，環(huán)境行動組織對法國最暢銷的9個瓶裝水進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)78%的測試水每升含有1-121個微粒。而這個最新檢測方法測得的準(zhǔn)確數(shù)值，比之前報告的瓶裝水中微塑料含量高出了2千甚至24萬倍！
https://doi.org/10.1073/pnas.2300582121
作為檢測納米塑料微粒的強(qiáng)大平臺，高光譜SRS顯微鏡滿足了三項關(guān)鍵要求：單顆粒分析的靈敏度、特異性和吞吐量。為了最大限度地提高單粒子檢測所需的靈敏度，研究者采用窄帶SRS成像方案，能檢測到小至100nm的納米塑料。
此外，為了保證塑料微粒的可檢測性、更好地區(qū)分每種塑料類型，研究者還測定了7種最為常見的塑料聚合物的SRS光譜，包括：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）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET） ，具有精細(xì)的光譜間隔（約3cm-1）。
使用SRS對不同的塑料微粒進(jìn)行測定得到的結(jié)果
在學(xué)習(xí)和訓(xùn)練了SRS成像平臺后，研究者以日常生活中微塑料的重要來源之一——瓶裝水作為研究對象。
研究者從一家大型零售商處購買了3種不同品牌的瓶裝水。接著，針對每個樣品，隨機(jī)抽取5個或以上的樣本（FOVs），在SRS顯微鏡下進(jìn)行高光譜成像，并通過集成的數(shù)據(jù)分析工作流程來檢測微/納米塑料。
實驗流程
對粒子計數(shù)的絕對定量表明，3個不同品牌塑料品的每個FOV（0.2mm×0.2mm）中平均識別到78-103個塑料粒子，明顯高于空白對照組。假定微/納米塑料在膜區(qū)表面均勻分布，可以估算出每升瓶裝水中平均含有2.4±1.3×105個塑料微粒。
從化學(xué)異質(zhì)性的角度考慮，PA、PP、PET、PVC和PS是瓶裝水中最為常見的微/納米塑料顆粒，但具體的化學(xué)成分因瓶裝水的品牌而異。不過，在三種品牌中，PA在數(shù)量上都“獨占鰲頭”。
除了數(shù)量之外，形態(tài)在納米毒性中也發(fā)揮了重要作用，能夠決定細(xì)胞對塑料微粒的吸收情況。為了便于統(tǒng)計塑料微粒的形狀，研究者引入了單個微粒的“長寬比”概念。塑料品中檢測到的所有微粒的長寬比在1-6之間，均值為1.7。比如：長寬比高于3的微粒是纖維狀的，而低于1.4基本上是球形的，不過最終的毒理學(xué)后果還需要進(jìn)一步證實。
瓶裝水中微納米塑料暴露的量化
綜上所述，為了得到更為精準(zhǔn)的納米塑料微粒數(shù)，研究者開發(fā)了這項用于微/納米塑料分析的高光譜SRS成像平臺，以提高檢測的靈敏度和聚合物識別的特異性。
最終的發(fā)現(xiàn)令人“咋舌”！在人們?nèi)粘ｏ嬘玫钠垦b水中，每升水約含數(shù)以萬計的塑料微粒，遠(yuǎn)超先前文獻(xiàn)中報告的數(shù)值。其中，納米塑料占據(jù)主導(dǎo)地位，占全部塑料微粒數(shù)量的90%左右；剩余的10%為微塑料，計算得到的濃度約為每升3萬個，大多數(shù)微粒較小（<2μm）。
當(dāng)然，研究者正致力于將研究領(lǐng)域拓展到瓶裝水之外。該論文的共同通訊作者、哥倫比亞大學(xué)化學(xué)家Beizhan Yan表示，團(tuán)隊還在開展另一個項目來計算洗衣服時流入廢水中的微/納米塑料。統(tǒng)計顯示，每洗10磅衣服，會產(chǎn)生數(shù)百萬個塑料微粒。
雖然人們不會直接“吃”塑料，但食物的包裝以及周圍的環(huán)境，特別是食品用途的塑料制品，如塑料瓶、食品包裝袋、嬰兒奶瓶等等，則會將大量塑料微粒送入人類的體內(nèi)。在加熱之后，這些塑料包裝排放出來的微粒數(shù)量級更是驚人！
Environmental Science Technology上先前發(fā)表的研究證實：與冷藏或室溫儲存等其他方式相比，微波加熱會導(dǎo)致塑料容器和可重復(fù)使用食品袋向食品中釋放出最多的微塑料和納米塑料！
僅3分鐘的微波加熱，就能使1cm^2的塑料容器釋放出高達(dá)422萬個微塑料和21.1億個納米塑料微粒。當(dāng)然也不能掉以輕心，冷藏和室溫儲藏超過6個月，同樣會釋放出數(shù)百萬乃至數(shù)十億的微塑料和納米塑料，只是不如微波加熱快。
doi: 10.1021/acs.est.3c01942
事實上，塑料食品容器向食物中釋放的塑料微粒數(shù)量受到多重因素影響，包括塑料固有特性（如材料類型、結(jié)構(gòu)、共聚物以及最初的塑料微粒大?。┖屯獠恳蛩兀ㄈ鏿H、溫度、氧氣和光線等）。
在本研究中，研究者對比了不同使用場景后發(fā)現(xiàn)，與冷藏、室溫以及高溫儲藏相比，微波加熱3分鐘釋放的塑料微粒數(shù)量最多！
在微波加熱過程中，兩款不同的聚丙烯制成的嬰兒食品容器，容器1釋放了42.5萬個微塑料和1.69億個納米微塑料/cm^2，而容器2釋放了422萬個微塑料和12.1億個納米塑料/cm^2。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過冷藏、室溫和高溫條件下釋放出的塑料微粒數(shù)量。
研究者解釋道，之所以微波加熱過程中會釋放出更多的塑料微粒，是因為水解、熱降解和紫外線照射降解會同時發(fā)生。同時，微波爐釋放的電磁波可以穿透塑料材料并加熱容器內(nèi)部，食物的溫度升高又會進(jìn)一步增加塑料容器釋放微塑料和納米塑料。
不同使用場景下容器釋放塑料微粒的情況
由于人們不斷地喝瓶裝水、吃外賣，以及使用塑料餐盤微波加熱食物等等，微/納米塑料自然被不停地攝入人體內(nèi)。但微/納米塑料難以被人體代謝吸收，未能排出的部分會在人體內(nèi)不斷蓄積。近年來，科學(xué)家已經(jīng)在腸胃、肺部、胎盤、心臟等多個器官中檢測到微/納米塑料的存在，而這些塑料微粒帶來的健康危害也不容小覷。
因此，在日常使用微波爐加熱食物的時候，應(yīng)該盡可能避免使用塑料容器，就算是“食品級”的塑料容器也少用。同時，在有選擇的情況下，最好減少使用塑料制品盛放或者存儲食物吧，千萬不要等人類的身體被徹底“塑化”后再追悔莫及！
參考資料：[1]Qian N, Gao X, Lang X, Deng H, Bratu TM, Chen Q, Stapleton P, Yan B, Min W. Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Jan 16;121(3):e2300582121. doi: 10.1073/pnas.2300582121. Epub 2024 Jan 8. PMID: 38190543.[2]Hussain KA, Romanova S, Okur I, Zhang D, Kuebler J, Huang X, Wang B, Fernandez-Ballester L, Lu Y, Schubert M, Li Y. Assessing the Release of Microplastics and Nanoplastics from Plastic Containers and Reusable Food Pouches: Implications for Human Health. Environ Sci Technol. 2023 Jul 4;57(26):9782-9792. doi: 10.1021/acs.est.3c01942. Epub 2023 Jun 21. PMID: 37343248.
撰文｜Swagpp
排版｜Swagpp
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