颠覆认知：1升瓶装水，竟有24万个塑料颗粒
已有研究证实，从一次性纸杯、塑料奶瓶，到人类母乳、人类胎盘，再到北极、珠穆朗玛峰，对人体有害的微塑料已经无处不在。
然而，一项最新研究表明，与真实情况相比，人类以往所能观察到的微小塑料颗粒的数量微乎其微——基于新的光学成像技术，科学家能更快、更好地观察到纳米塑料，将“能看到的”塑料颗粒的数量扩大了 10-100 倍。
在此次研究中，科学家们测试了美国市场上三个受欢迎的瓶装水品牌（具体品牌未透露），量化结果表明，每升瓶装水中含有超过 10 万个塑料颗粒，其中大部分是纳米塑料。
图｜对瓶装水中数十万个以前看不见的微小塑料颗粒进行成像。
相关研究论文以“Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy”为题，已发表在科学期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。
此前，由于缺乏有效的分析技术，纳米塑料方面的基本知识仍然空白，该研究有望填补纳米级塑料污染方面的知识空白。
已成为一个公共问题
全球塑料每年产量接近 4 亿吨，每年有 3000 多万吨被倾倒在水域或陆地上，许多含塑料的产品，包括合成纺织品，在使用过程中也会脱落颗粒。
与天然有机物质不同，大多数塑料并不会被分解成相对无害的物质；它们只是不断分裂，变成越来越小的、含有相同化学成分的颗粒。在单个分子之外，理论上它们的大小并没有极限。
微塑料被定义为从 5 毫米到 1 微米的塑料碎片，在塑料被分解为越来越小的碎片时产生，人类和其他生物摄入这些颗粒后，可能对健康和生态系统产生未知的影响。以往研究证实，每一瓶装水中含有成千上万的可识别微塑料碎片。
瓶装水中的塑料成为一个公共问题，主要是因为科学家在 2018 年的一项研究中检测到平均每升水含有 325 个颗粒；后来的研究将这一数字不断翻倍。科学家们怀疑，实际数量远超他们的观察，但对于小于 1 微米尺寸的微塑料，一直没有相关研究成果。
如今，由哥伦比亚大学领导的研究团队利用改进的新技术，让人们真正看到了微塑料进一步分解的产物——纳米塑料（尺寸小于 1 微米）。
不同于微塑料，纳米塑料体积更加微小，可以直接穿过肠道和肺部进入血液，进而被传输到心脏和大脑等器官；它们还可以侵入细胞，甚至通过胎盘进入未出生婴儿的体内。科学家们迫切希望，通过一系列研究来理解这些颗粒对各种生物系统可能造成的影响。
“人们开发出了观察纳米颗粒的方法，但他们并不知道自己在看什么，”该论文的第一作者、哥伦比亚大学化学系研究生 Naixin Qian 说。她表示，之前的研究可以提供纳米质量的总体估计，但大多数情况下无法计算单个颗粒的数量，也无法识别哪些是塑料，哪些是其他东西。
“以前，这是一个未知领域，开展毒性研究只是为猜测里面有什么，”该论文的共同通讯作者、哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站环境化学家 Beizhan Yan 说，“这项研究为我们打开了一个窗口，让我们能够窥视之前无法接触的世界。”
或许远不只是这些
在这项工作中，研究人员首次对瓶装水中的纳米塑料颗粒进行了识别和统计。他们发现，平均每升瓶装水中含有大约 24 万个可检测的塑料碎片——这一数字是之前基于较大尺寸估算的 10-100 倍。
这一发现得益于一种名为受激拉曼散射显微技术（stimulated Raman scattering microscopy）的新方法——通过使用两个同时发射的激光器来探测样本，使特定分子产生共振。该方法由论文的共同通讯作者、哥伦比亚大学生物物理学家 Wei Min 共同发明。
图｜检测瓶装水中的微纳米塑料：样品制备、SRS 成像和数据分析。
此外，针对七种常见塑料，研究人员创建了一种数据驱动算法来解释实验结果，他们测试了美国市场上三个受欢迎的瓶装水品牌，并分析了直径大小仅为 100 纳米的塑料微粒。
他们在每升瓶装水中发现了 11 万到 37 万个塑料颗粒，其中 90% 是纳米塑料，其余为微塑料。他们还确定了这些颗粒属于七种特定塑料中的哪一种，并绘制了它们的形状图，这对于生物医学研究颇具价值。
图｜对瓶装水中每种塑料聚合物的颗粒大小和形状进行统计分析。
其中一种常见的塑料是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这是制造大多数水瓶所需的材料。当水瓶受到挤压或受热时，PET 可能会随着碎屑脱落而进入水中。最近的一项研究表明，当水瓶盖反复打开或关闭时，也会导致许多微粒进入水中。
然而，比 PET 数量更多的是聚酰胺（一种尼龙材料）。Yan 表示，这很可能来源于用于净化瓶装水的塑料过滤器。其他被发现的常见塑料包括：聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，都是在各种工业过程中使用的材料。
更令人担心的是，这七种塑料类型仅占他们在样品中发现的所有纳米颗粒的大约 10%；他们不知道其余的是什么。如果这些都是纳米塑料，这意味着每升水中可能有数以千万计的颗粒。但这些颗粒也可以是几乎任何东西，这表明看似简单的水样本内部实际上包含着复杂的颗粒成分。
越小，越容易进入我们体内
当前，研究人员正致力于将研究范围扩展到瓶装水以外。
“纳米塑料的世界广阔无垠，有待深入研究，”Min 说。他指出，按质量计算，纳米塑料远少于微塑料，但“重要的不是大小，而是数量。因为越小的东西，越容易进入我们体内。”
另外，该团队还计划研究自来水，后者也被证实含有微塑料，尽管远少于瓶装水。
同时，Yan 正在开展一个项目，研究人们洗衣服时流入废水中的微塑料和纳米塑料——据他统计，每洗 10 磅衣物就会产生数百万个微粒，这些微粒来自构成许多衣物的合成材料。他们正在设计一种过滤器，从而减少商业和家庭洗衣机造成的污染。
此前的一项研究表明，废水污水中存在大量牛仔裤上的靛蓝牛仔超微纤维，且已出现在遥远的北极海洋沉积物中。来自另一项研究的数据显示，每年全球约有 17.65 万吨以尼龙和聚酯为主的合成微纤维被排放到陆地环境中。
此外，该团队也计划对英国合作者徒步穿越南极洲西部时收集到的雪中微粒进行测试；他们还与环境健康专家合作，测量人体各种组织中的纳米塑料，并研究其对发育和神经系统的影响。
“发现如此多的这种物质并不完全出乎意料，”Qian 说，“关键在于，物体越小，数量就越多。”