瓶装水、一次性餐具、预包装食物、部分居家生活用品.....随着塑料品的消费量逐年增加，塑料污染已然成为全球面临的最紧迫的环境威胁之一。而这些塑料制品释放出的塑料碎片，又会在物理、化学和生物的进一步降解后分解成为“更微小但更严重”的威胁，即「微塑料」或「纳米塑料」。
微塑料（Microplastic），是指直径在1μm至5mm之间的塑料碎片和颗粒，在塑料制品使用过程中释放，特别是食物用途的塑料制品。事实上，越来越多的实验表明，塑料聚合物的碎裂并未止步于“微米级”，而是进一步形成了纳米塑料，数量上更是比预期高出了好几个量级。
纳米塑料（Nanoplastics），则是目前已知最小的微塑料，尺寸在1μm以下。与微塑料相比，纳米塑料更易进入人体，其体积小到可以穿过生物屏障（比如细胞膜）并进入生物系统，从而引起潜在毒性。
那么，当你在饮用瓶装水时，究竟有多少微塑料或纳米塑料进入人体了呢？
为了得到更直观且更准确的回答，来自哥伦比亚大学和罗格斯大学的研究团队搭建了一套高光谱受激拉曼散射（SRS）成像平台，检测到每升瓶装水中微/纳米塑料浓度达到2.4±1.3×105（即24万）个颗粒，其中约90%为纳米塑料微粒。
先前，环境行动组织对法国最畅销的9个瓶装水进行调查，发现78%的测试水每升含有1-121个微粒。而这个最新检测方法测得的准确数值，比之前报告的瓶装水中微塑料含量高出了2千甚至24万倍！
https://doi.org/10.1073/pnas.2300582121
作为检测纳米塑料微粒的强大平台，高光谱SRS显微镜满足了三项关键要求：单颗粒分析的灵敏度、特异性和吞吐量。为了最大限度地提高单粒子检测所需的灵敏度，研究者采用窄带SRS成像方案，能检测到小至100nm的纳米塑料。
此外，为了保证塑料微粒的可检测性、更好地区分每种塑料类型，研究者还测定了7种最为常见的塑料聚合物的SRS光谱，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）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） ，具有精细的光谱间隔（约3cm-1）。
使用SRS对不同的塑料微粒进行测定得到的结果
在学习和训练了SRS成像平台后，研究者以日常生活中微塑料的重要来源之一——瓶装水作为研究对象。
研究者从一家大型零售商处购买了3种不同品牌的瓶装水。接着，针对每个样品，随机抽取5个或以上的样本（FOVs），在SRS显微镜下进行高光谱成像，并通过集成的数据分析工作流程来检测微/纳米塑料。
实验流程
对粒子计数的绝对定量表明，3个不同品牌塑料品的每个FOV（0.2mm×0.2mm）中平均识别到78-103个塑料粒子，明显高于空白对照组。假定微/纳米塑料在膜区表面均匀分布，可以估算出每升瓶装水中平均含有2.4±1.3×105个塑料微粒。
从化学异质性的角度考虑，PA、PP、PET、PVC和PS是瓶装水中最为常见的微/纳米塑料颗粒，但具体的化学成分因瓶装水的品牌而异。不过，在三种品牌中，PA在数量上都“独占鳌头”。
除了数量之外，形态在纳米毒性中也发挥了重要作用，能够决定细胞对塑料微粒的吸收情况。为了便于统计塑料微粒的形状，研究者引入了单个微粒的“长宽比”概念。塑料品中检测到的所有微粒的长宽比在1-6之间，均值为1.7。比如：长宽比高于3的微粒是纤维状的，而低于1.4基本上是球形的，不过最终的毒理学后果还需要进一步证实。
瓶装水中微纳米塑料暴露的量化
综上所述，为了得到更为精准的纳米塑料微粒数，研究者开发了这项用于微/纳米塑料分析的高光谱SRS成像平台，以提高检测的灵敏度和聚合物识别的特异性。
最终的发现令人“咋舌”！在人们日常饮用的瓶装水中，每升水约含数以万计的塑料微粒，远超先前文献中报告的数值。其中，纳米塑料占据主导地位，占全部塑料微粒数量的90%左右；剩余的10%为微塑料，计算得到的浓度约为每升3万个，大多数微粒较小（<2µm）。
当然，研究者正致力于将研究领域拓展到瓶装水之外。该论文的共同通讯作者、哥伦比亚大学化学家Beizhan Yan表示，团队还在开展另一个项目来计算洗衣服时流入废水中的微/纳米塑料。统计显示，每洗10磅衣服，会产生数百万个塑料微粒。
虽然人们不会直接“吃”塑料，但食物的包装以及周围的环境，特别是食品用途的塑料制品，如塑料瓶、食品包装袋、婴儿奶瓶等等，则会将大量塑料微粒送入人类的体内。在加热之后，这些塑料包装排放出来的微粒数量级更是惊人！
Environmental Science Technology上先前发表的研究证实：与冷藏或室温储存等其他方式相比，微波加热会导致塑料容器和可重复使用食品袋向食品中释放出最多的微塑料和纳米塑料！
仅3分钟的微波加热，就能使1cm^2的塑料容器释放出高达422万个微塑料和21.1亿个纳米塑料微粒。当然也不能掉以轻心，冷藏和室温储藏超过6个月，同样会释放出数百万乃至数十亿的微塑料和纳米塑料，只是不如微波加热快。
doi: 10.1021/acs.est.3c01942
事实上，塑料食品容器向食物中释放的塑料微粒数量受到多重因素影响，包括塑料固有特性（如材料类型、结构、共聚物以及最初的塑料微粒大小）和外部因素（如pH、温度、氧气和光线等）。
在本研究中，研究者对比了不同使用场景后发现，与冷藏、室温以及高温储藏相比，微波加热3分钟释放的塑料微粒数量最多！
在微波加热过程中，两款不同的聚丙烯制成的婴儿食品容器，容器1释放了42.5万个微塑料和1.69亿个纳米微塑料/cm^2，而容器2释放了422万个微塑料和12.1亿个纳米塑料/cm^2。远远超过冷藏、室温和高温条件下释放出的塑料微粒数量。
研究者解释道，之所以微波加热过程中会释放出更多的塑料微粒，是因为水解、热降解和紫外线照射降解会同时发生。同时，微波炉释放的电磁波可以穿透塑料材料并加热容器内部，食物的温度升高又会进一步增加塑料容器释放微塑料和纳米塑料。
不同使用场景下容器释放塑料微粒的情况
由于人们不断地喝瓶装水、吃外卖，以及使用塑料餐盘微波加热食物等等，微/纳米塑料自然被不停地摄入人体内。但微/纳米塑料难以被人体代谢吸收，未能排出的部分会在人体内不断蓄积。近年来，科学家已经在肠胃、肺部、胎盘、心脏等多个器官中检测到微/纳米塑料的存在，而这些塑料微粒带来的健康危害也不容小觑。
因此，在日常使用微波炉加热食物的时候，应该尽可能避免使用塑料容器，就算是“食品级”的塑料容器也少用。同时，在有选择的情况下，最好减少使用塑料制品盛放或者存储食物吧，千万不要等人类的身体被彻底“塑化”后再追悔莫及！
参考资料：[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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