作者:Tengfei Luo 来源:《科学进展》 发布时间:2024/2/19 11:03:22
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比微塑料更小!科学家首次获得纳米塑料清晰图像

 

微塑料被科学家形象地称为“海洋中的PM2.5”,威胁着海洋生态系统,也对人类健康产生威胁。比微塑料更小的颗粒是纳米塑料,它对生物体的毒性可能更大。近日,科学家从海水样本中首次获得纳米塑料的清晰图像,发现它们在形状和化学成分上具有惊人的多样性。相关成果发表于《科学进展》。

全球每年有40万~400万吨塑料垃圾进入海洋,紫外线和海洋湍流将这些塑料分解成看不见的微颗粒。随着时间的推移,微塑料会分解成更小的颗粒。目前一般将尺寸在1~5000微米的塑料颗粒称为微塑料,小于1微米的称为纳米塑料。例如,一次性聚苯乙烯(PS)咖啡杯盖在老化箱中只需要大约2个月就可以分解成纳米塑料。

纳米塑料示意图。图片来源:圣母大学

有研究表明,微塑料和纳米塑料对生物体的毒性和颗粒大小与形态呈反比,体积越小,毒性可能越大。

“纳米塑料的毒性可能比较大的塑料颗粒更大。”美国圣母大学教授Tengfei Luo说:“它们的体积小,能够更好地穿透生物体的组织。”

Luo的团队此前利用实验室合成的纳米塑料颗粒进行毒性研究,以调查它们对海洋生物的影响。但实验室合成的纳米塑料在形状和成分上都高度一致,这与现实情况并不相符,而两者之间任何差异都可能影响毒性研究。

为此,Luo与美国得克萨斯农工大学Wei Xu的实验室合作,决定在全球海洋中寻找真正的纳米塑料,最终从中国、韩国、美国和墨西哥湾附近获得了海水样本。

由于在海洋中浓度极低,他们使用了一种独特的表面收缩气泡沉积技术(SSBD),将海水样本与银纳米颗粒混合,并用激光加热溶液,直到形成气泡。表面张力的变化导致纳米塑料颗粒积聚在气泡表面,随着气泡收缩和消失,纳米颗粒最终被沉积在一个集中的衬底上,然后使用电子显微镜和拉曼光谱进行观察和表征。

SSBD技术获取纳米塑料过程。图片来源:Science

“我们在海洋中发现的纳米塑料与实验室合成的纳米塑料截然不同。”Luo说。

据悉,海水样本中出现了由尼龙、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的纳米塑料,形态多样,包括纳米纤维、纳米薄片和球杆状纳米结构等,来源可能是食品包装、水瓶、衣服和渔网等消费品。

令人惊讶的是,在墨西哥湾约300米深的水样中发现了PET纳米塑料颗粒,这表明纳米塑料污染不仅限于海洋表面。

SSBD技术原本用于在癌症早期检测中寻找DNA分子的痕迹,但在寻找纳米塑料的过程中却发挥了意想不到的优势。此前用于纳米塑料检测的技术包括热裂解-气质联用法、拉曼光谱与扫描电子显微镜相结合、拉曼光镊技术等,但都存在各种缺陷,而对水样采用SSBD技术后,再利用一系列方法进行表征,能够直接可视化识别从两个大洋中七个不同位置采集的水样中的纳米塑料。

“了解纳米塑料的实际形状和化学性质是确定其毒性并设计减毒方法的第一步。”Luo表示,后续研究将聚焦于量化海洋纳米塑料,以提出减轻纳米塑料危害的方案。(来源:中国科学报 陈欢欢)

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.adh1675

 
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