美国应用SRS显微镜发现每升瓶装水中含有数十万纳米塑料颗粒

张明 2024-01-11

北京时间1月9日凌晨，国际学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表的一项最新研究称，使用最新检测技术，研究人员在美国三种畅销瓶装水中发现大量微小塑料颗粒：每升瓶装水中发现了11万-37万个塑料颗粒。其中，90%的塑料颗粒小于1微米，被称为纳米塑料。它们在此前的检测中被忽视。

该论文的标题为《利用SRS显微镜对纳米塑料进行快速单颗粒化学成像》（Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy）。

微（纳米）塑料无处不在，已成为日益凸显的全球性环境问题、引发了广泛的公众关注。纳米塑料尺寸远小于微塑料，由于缺少有效的分析技术，人们对纳米塑料的了解非常有限。来自美国哥伦比亚大学和罗格斯大学的研究人员开发了一种强大的光学成像技术（受激拉曼散射显微技术），揭开了一个几乎未被人知晓的新领域——纳米塑料世界。

人类头发的直径约为70微米，微塑料被定义为尺寸从5毫米到1微米的塑料碎片，而纳米塑料更加微小，源自微塑料的进一步分解，是尺寸小于1微米的颗粒，以十亿分之一米为单位进行测量。因其尺寸极其微小，纳米塑料可以穿过大肠和肺部、直接进入血液循环系统、进而进入心脏和大脑等多人体器官。纳米塑料甚至可以攻击单个细胞，贯穿胎盘并进入到胎儿体内。

2018 年的一项研究显示，每升瓶装水中平均含有325个塑料颗粒，随后的研究中发现的颗粒数量甚至有了成倍的增长。科学家们怀疑实际数量已经远超于现有估算水平，但对于直径小于1微米的纳米塑料，更为精确的估算却受到了技术水平的限制。

“人们开发出了观察纳米粒子的方法，但传统纳米粒子成像的方法无法提供鉴别这些颗粒化学组成的信息，”该文章的第一作者、哥伦比亚大学化学系博士生钱乃馨说，“很多以前的研究把水中收集得到所有物质作为一个整体来分析，没有办法在计数单个颗粒的基础上识别哪些是塑料或是其它物质。”

图源:钱乃馨（Naixin Qian）

新研究使用了受激拉曼散射显微技术(stimulated Raman scattering，SRS)，该技术由另一通讯作者、哥伦比亚的生物物理学家闵玮（Wei Min）共同研发的。研究人员针对七种常见纳米塑料创建了基于数据驱动的算法来解析结果。

SRS是一种基于拉曼散射的先进显微成像技术。SRS使用两束激光同时照射到样品上，两束激光的频率之差被精确调制，以匹配样品中特定分子振动模式的能量。当这两束激光同时作用于样品时，会发生拉曼散射，其中拉曼信号会被极大增强，形成受激拉曼散射。这种增强的拉曼信号使得成像速度和信号的信噪比大大提高，从而实现高分辨率和高速度的成像。

运用SRS技术，研究人员监测了美国常见的三个品牌的瓶装水中的纳米塑料，分析的塑料尺寸最小可达100纳米。他们在每升水中发现了11万到37万不等的塑料颗粒，其中90%是纳米塑料，其余的则为微塑料。他们还确定了这些纳米塑料是七种特定塑料中的哪一种（聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（一种尼龙）等）。这些特性在生物医学研究中可能很有价值。

通过新的显微技术对聚苯乙烯塑料的微小颗粒进行成像

颗粒直径约为 200 纳米，图源：钱乃馨（Naixin Qian）

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是常见的一种纳米塑料，广泛用作多种塑料饮料/调味料瓶的原材料。挤压或加热水瓶以及反复开闭瓶盖均可导PET进入水中。

值得关注的是，水中聚酰胺的数量甚至超过了PET，这些过量的聚酰胺可能来来自装瓶前净化水用的塑料过滤器。

研究人员还在水中发现了其他几种常用于工业生产的塑料，如聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等。

图源：钱乃馨（Naixin Qian）

然而，令人担忧的是，这七种已检测到的塑料类型仅占样本中所有发现的纳米颗粒的十分之一，其余颗粒的成分尚不明确。如果这些都是纳米塑料，每升瓶装水中的纳米塑料含量可能高达数千万。但这些颗粒几乎可能是任何物质，“看似简单的水样中有复杂的颗粒组成，普遍存在的天然有机物更加需要我们进行谨慎的区分。”作者在文中指出。

研究人员已经开始关注瓶装水外的其它对象， “有一个巨大的纳米塑料世界有待探索“，虽然纳米塑料的质量占比远低于微塑料，但闵玮教授认为，“重要的不仅是质量，还有数量。因为颗粒越小，更容易进入到我们体内。”

迄今为止，几乎没有研究表明纳米塑料进入人体后会产生什么影响。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繁殖有害。

即使纳米塑料本身无害，它们也可能成为塑料生产中使用的危险化学品的载体，如双酚、邻苯二甲酸盐、二恶英、有机污染物和重金属，这些化学品在高剂量下是有害的，会增加癌症风险，影响肾脏、肝脏、心脏、生殖和神经系统等关键器官。它们还可以通过食物链累积。

在未来的研究中，研究团队计划关注自来水，并比较其与瓶装水的微（纳米）塑料含量。他们还将与环境健康专家合作，测量各种人体组织中的纳米塑料，并检查它们对发育和神经系统的影响。

文章作者另包含哥伦比亚大学化学系的高新和郎小琦，哥伦比亚大学LDEO的邓惠娉和Teodora Maria Bratu，哥伦比亚大学公共卫生学院的陈琦轩，以及罗格斯大学的Phoebe Stapleton。

内容来源：腾讯网-知社学术圈

责任编辑：展源

审　　核：何发

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