Новая микроскопическая техника фокусируется на плохо изученном мире наночастиц пластика, которые могут проникнуть в кровь, клетки и ваш мозг.
В последние годы возросла обеспокоенность тем, что мельчайшие частицы, известные как микропластик, появляются практически везде на Земле, от полярного льда до почвы, питьевой воды и продуктов. Образующиеся при разложении пластмассы на все более мелкие частицы, эти частицы попадают в организмы людей и других существ, с неизвестными потенциальными воздействиями на здоровье и экосистемы. Одним из основных объектов исследований стала бутилированная вода, в каждой бутылке которой, как показали исследования, содержится десятки тысяч идентифицируемых фрагментов.
Теперь, используя новые усовершенствованные технологии, исследователи вошли в совершенно новый пластиковый мир: плохо изученную область нанопластика, продукта разложения микропластика. Впервые они подсчитали и идентифицировали эти мельчайшие частицы в бутилированной воде. Оказалось, что в среднем в литре воды содержится около 240 000 обнаружимых фрагментов пластика — в 10-100 раз больше, чем предыдущие оценки, в основном основанные на более крупных размерах.
Это исследование было опубликовано в журнале "Proceedings of the National Academy of Sciences".
Нанопластик настолько мелки, что, в отличие от микропластика, он может проходить через кишечник и легкие прямо в кровь, а затем передвигаться в органы, включая сердце и мозг. Он может проникать в отдельные клетки и преодолевать плаценту, попадая в организм нерожденных детей. Ученые поспешно изучают возможные последствия для широкого спектра биологических систем.
"Раньше это была просто темная область, неизведанная. Токсикологические исследования только гадали, что там", - сказал соавтор исследования Бейжан Ян, химик-эколог в Обсерватории Ламонт-Догерти Колумбийского университета. "Это открывает возможность взглянуть в мир, который нам раньше был недоступен."
Мировое производство пластика приближается к 400 миллионам метрических тонн в год. Более 30 миллионов тонн ежегодно выбрасываются в воду или на землю, и многие продукты из пластика, включая синтетические текстильные материалы, высвобождают частицы еще в процессе использования. В отличие от природных органических веществ, большинство пластмасс не разлагается на относительно безвредные вещества; они просто делятся и делятся на все более мелкие частицы одного и того же химического состава. Помимо одиночных молекул, теоретически нет ограничений для их мельчайших размеров.
Микропластик определяется как фрагменты размером от 5 миллиметров (менее четверти дюйма) до 1 микрометра, что составляет 1 миллионную метра или 1/25 000 дюйма. (Человеческий волос примерно 70 микрометров в диаметре.) Нанопластики, частицы размером менее 1 микрометра, измеряются в миллиардах метра.
Проблема пластика в бутилированной воде стала общественным вопросом в значительной степени после того, как в 2018 году было обнаружено в среднем 325 частиц на литр; более поздние исследования умножили это число многократно. Ученые подозревали, что их еще больше, чем они подсчитали, но хорошие оценки останавливались на размерах менее 1 микрометра — границе мира нано. "Люди разработали методы для видения наночастиц, но они не знали, на что смотрят", - сказала автор главы нового исследования Найсинь Цян, аспирантка Колумбийского университета по химии. Она отметила, что предыдущие исследования могли предоставить общие оценки массы наночастиц, но в большинстве случаев не могли подсчитывать отдельные частицы, а также определять, являются ли они пластиком или чем-то другим.
Исследование использовало метод, называемый микроскопией с распределенным Рамановским рассеянием, который был совместно изобретен соавтором исследования Вэй Мином, биофизиком из Колумбийского университета. Этот метод включает в себя изучение образцов с использованием двух одновременных лазеров, настроенных на резонанс с конкретными молекулами. С помощью семи распространенных видов пластика исследователи создали алгоритм на основе данных для интерпретации результатов. "Одно дело - обнаружить, но совсем другое - знать, что именно вы обнаруживаете", - сказал Мин.
Исследователи тестировали три популярных бренда бутилированной воды, продаваемой в Соединенных Штатах (они отказались называть их), анализируя пластиковые частицы размером всего 100 нанометров. Они обнаружили от 110 000 до 370 000 частиц в каждом литре, из которых 90% были нанопластиками, а остальные - микропластиками. Они также определили, из каких семи конкретных видов пластика они были, и составили их формы - характеристики, которые могут быть ценными в биомедицинских исследованиях.
Одним из обнаруженных видов был полиэтилентерефталат или ПЭТ. Это не удивительно, поскольку из него изготовлены многие бутылки для воды. (Также используется для бутылок с газировкой, спортивных напитков и продуктов, таких как кетчуп и майонез.) Вероятно, он попадает в воду в виде частиц, обламывающихся, когда бутылка сжимается или подвергается воздействию тепла. Одно недавнее исследование предполагает, что многие частицы попадают в воду, когда вы многократно открываете или закрываете крышку, и когда крышка истончается.
Однако ПЭТ был превзойден полиамидом, типом нейлона. Иронично, сказал Бейжан Ян, это, вероятно, происходит из пластиковых фильтров, используемых для предполагаемой очистки воды перед бутилированием. Другие распространенные виды пластика, которые обнаружили исследователи: полистирол, поливинилхлорид и полиметилметакрилат, все используемые в различных промышленных процессах.
Немного тревожная мысль: семь типов пластика, которые исследователи искали, составили всего около 10% всех наночастиц, найденных в образцах; им нет идеи, из чего состоит остальное. Если это все нанопластик, то их количество может достигать десятков миллионов частиц на литр. Но это могут быть практически любые вещества, "что указывает на сложный состав частиц внутри кажущегося простого водного образца", - пишут авторы. "Общее наличие природных органических веществ, конечно, требует осторожного различения".
Исследователи теперь расширяют границы в изучении не только бутилированной воды. "Есть огромный мир наночастиц, который нужно изучить", - сказал Мин. Он отметил, что по массе нанопластик в разы меньше микропластиков, но "не в размере дело. Все дело в количестве, потому что чем меньше вещи, тем легче они проникают внутрь нас".
Среди прочего команда планирует изучить водопроводную воду, в которой, как и в бутилированной, также было показано наличие микропластика, хотя и в меньших количествах. Бейжан Ян ведет проект по изучению микро- и нанопластика, который оказывается в сточных водах, когда люди стирают белье - по его подсчетам, миллионы частиц на 10-фунтовую загрузку, отколачиваясь от синтетических материалов, из которых изготовлены многие предметы. (Он и его коллеги разрабатывают фильтры для снижения загрязнения от коммерческих и домашних стиральных машин. В ближайшее время команда планирует исследовать частицы в снегу, который британские коллеги собирают, пешком пересекая западную Антарктиду. Они также сотрудничают с экологами в области здоровья окружающей среды, чтобы измерить наличие нанопластика в различных человеческих тканях и изучить их влияние на развитие и неврологические эффекты.
"Не совсем неожиданно обнаружить столько этого материала", - сказала Цянь. "Идея в том, что чем меньше становятся вещи, тем больше их количество".