میکروپلاستیک های موجود در آب بی اثر نیستند و به خودی خود مواد شیمیایی مضر ایجاد می کنند

تأثیر آن بر مردم همچنان یک سؤال مداوم است.

تأثیر آن بر مردم همچنان یک سؤال مداوم است.

آب بطری برای فروش در خواربار فروشی Randalls در 10 ژانویه 2024 در آستین، تگزاس نمایش داده می شود.

یکی از دلایلی که پلاستیک‌ها اغلب استفاده می‌شوند این است که از نظر شیمیایی بی‌اثر هستند، به این معنی که کیسه‌ها، ظروف غذا و فنجان‌ها با چیزی که ما در آنها قرار می‌دهیم واکنش نشان نمی‌دهند. با این حال، آنها هنوز هم می توانند به میکروپلاستیک ها تجزیه شوند که در آب آشامیدنی، خون انسان، عروق و مغز ظاهر می شوند. عواقب آن نامشخص است.

وی مین، شیمیدان دانشگاه کلمبیا، می گوید: «اینکه میکروپلاستیک ها می توانند مستقیماً باعث بیماری های انسانی شوند، هنوز در حال تحقیق است. در یک مطالعه جدید در طبیعت، تیم مین گامی در جهت پاسخ به این سوال برداشت و نشان داد که میکروپلاستیک‌ها احتمالاً آنطور که ما انتظار داریم از نظر شیمیایی بی‌اثر نیستند.

آزمایشگاه مین سال‌ها روی شیمی ریز قطره‌ها کار کرده و بررسی کرده است که چگونه آب شکسته شده به قطرات کوچک در مرز خود با هوا رفتار می‌کند. گزارش شده است که این قطرات گونه‌های فعال اکسیژن یا ROS، خانواده‌ای از مولکول‌های مضر و حاوی اکسیژن را تولید می‌کنند. مین گفت: «ROS اساساً به پروتئین ها، لیپیدها، DNA برخورد می کند و باعث آسیب می شود. "شما می توانید یک رشته DNA را به قطعات تقسیم کنید. می توانید DNA را جهش دهید، می توانید پروتئین ها را به اشتباه تا کنید."

بسیاری از مطالعات حیوانی، سمیت میکروپلاستیک را با استرس اکسیداتیو، که توسط ROS ایجاد می شود، مرتبط کرده اند. بنابراین تیم به این فکر افتاد که آیا مرز بین آب و پلاستیک ممکن است کاری مشابه انجام دهد. "ما گرفتیممین گفت که از آن زمینه الهام گرفته شده است.

در اولین آزمایش، این تیم پودر پلی استایرن را در آب حاوی متیل اورنج، یک رنگ زرد که ROS از هم جدا می‌کند، هم زدند. در طی 10 روز، محلول تقریباً بی رنگ شد و تقریباً 90 درصد رنگ را از دست داد. در اتانول یا سایر حلال ها، رنگ دست نخورده باقی ماند. مین و همکارانش به این نتیجه رسیدند که هر شیمی پلی استایرن برای تحقق آن نیاز به آب دارد. بنابراین آنها آزمایش های بیشتری انجام دادند.

اول رزونانس اسپین الکترون بود، تکنیکی که مستقیماً رادیکال‌ها - اتم‌ها یا مولکول‌ها را با یک الکترون جفت‌نشده که آنها را به ویژه واکنش‌پذیر می‌کند، شناسایی می‌کند. مخلوط پودر پلی استایرن و آب حاوی رادیکال های هیدروکسیل، یک ROS بسیار واکنش پذیر است.

در مرحله بعد، تیم از یک حسگر فلورسنت استفاده کرد که تنها زمانی روشن می شود که با رادیکال های هیدروکسیل واکنش نشان می دهد. مین گفت: "شما آن را نمی بینید، اما هنگامی که با ROS محلی واکنش نشان می دهد، به رنگ روشن تبدیل می شود." در زیر میکروسکوپ، درخشش بر روی سطوح ذرات پلاستیک متمرکز شد و در طول زمان به ساخت خود ادامه داد.

این اثر منحصر به پلی استایرن نیز نبود. دانشمندان شش پلاستیک رایج - پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، PVC، PET و اکریلیک را آزمایش کردند و همه آنها رادیکال تولید کردند. پلاستیک های ضد آب، پلی اتیلن و پلی پروپیلن، بیشترین فعالیت را داشتند، در حالی که PET و اکریلیک که حاوی گروه های شیمیایی جذب کننده آب هستند، کمترین فعالیت را داشتند.

مین گفت: "ساده ترین پاسخ این است که آب گریزترین پاسخ ها ساختار آب را بیشتر تغییر می دهند." به صورت معمولی یا عمدهآب، هر مولکول در شبکه ای از پیوندهای هیدروژنی با همسایگان خود نگه داشته می شود. اما چند لایه از مولکول‌های آب که بر روی یک سطح دافع آب فشرده می‌شوند، برخی از آن شرکا را از دست می‌دهند. مین گفت: "ساختار آنها دیگر ساختار معمولی آب نیست. آنها آشفته هستند و انرژی آنها نیز به طور قابل توجهی افزایش یافته است."

آب همیشه حاوی تعداد کمی یون هیدروکسید است و تبدیل یکی به رادیکال هیدروکسیل مستلزم حذف یک الکترون است. در آب فله، این هزینه انرژی زیادی دارد. اما شبیه‌سازی‌های انجام‌شده توسط این گروه نشان داد که در سطح پلی‌اتیلن، یون‌های هیدروکسید کوتاه‌تر روی پیوندهای هیدروژنی به انرژی بسیار کمتری برای تشکیل رادیکال‌ها نیاز دارند. علاوه بر این، سطوح پلاستیکی بار الکتریکی منفی در آب ایجاد می کنند که هزینه انرژی را بیشتر کاهش می دهد.

اما تیم مین هنوز شک و تردیدهایی داشت که باید قبل از هر گونه ادعای قطعی به آن رسیدگی کرد.

کار قبلی مین در مورد شیمی ریز قطره انتقادات زیادی را به دنبال داشته است، با برخی از محققان استدلال می‌کنند که مواد شیمیایی واکنش‌دهنده گزارش‌شده از آلودگی یا مصنوعات اندازه‌گیری می‌آیند.

برای جلوگیری از مخالفت های مشابه، مین و همکارانش از چندین روش تشخیص مستقل استفاده کردند. آنها همچنین یک سورفاکتانت شبیه شوینده اضافه کردند که پلاستیک را می پوشاند و لایه آب را در سطح آن مختل می کند. آنها دریافتند که هر چه سورفکتانت بیشتری اضافه کنند، بار الکتریکی پلاستیک ضعیف تر شده و رادیکال های کمتری تولید می کند. مین گفت: «ما فقط یک پارامتر را تغییر می‌دهیم در حالی که بقیه [یکسان] باقی می‌مانند. "ما دقیقاً استفاده می کنیمهمان پلاستیک، همان آب، همان همه چیز.»

مین توضیح داد که ناخالصی ها معمولاً مولکول های پایداری هستند که دلیلی برای تولید خود به خود رادیکال ندارند. با این حال، او مراقب است که آن را زیاده روی نکند. او گفت: «برای اینکه کاملاً واضح باشد، ما نمی توانیم 100 درصد دخالت ناخالصی ها را رد کنیم. اما کنترل‌های ما و مطالعات محاسباتی نظری ما به شدت نشان می‌دهد که این امر ذاتی رابط میکروپلاستیک-آب است.

در نهایت، تیم آزمایش کردند که آیا این شیمی رابط برای مولکول‌های بیولوژیکی اهمیت دارد یا خیر. و به احتمال زیاد این کار را می کند.

پروتئین‌ها و DNA می‌توانند روی سطوح پلاستیکی جمع شوند و لیزوزیم، یک پروتئین آزمایشی رایج، نیز شروع به جمع شدن در دانه‌ها در آنجا کرد. افزودن کافئین، که رادیکال‌ها را از بین می‌برد، تا حد زیادی از تجمع جلوگیری کرد و علت آن رادیکال‌ها دانست.

گلبول‌های قرمز موش که ذرات پلی استایرن را لمس می‌کردند به تکه‌های شکسته می‌شدند و آسیب‌های ناشی از هر نوع پلاستیک تعداد رادیکال‌های تولید شده را ردیابی می‌کرد. این اثر در سرم خون نیز ادامه داشت.

مین تاکید کرد، با این حال، این نشان می‌دهد که میکروپلاستیک‌ها با تولید ROS، افراد را بیمار می‌کنند. در حالی که مطالعات حیوانی اغلب به ROS به عنوان ریشه های احتمالی استرس اکسیداتیو و التهاب مزمن اشاره می کنند، ROS می تواند به طرق مختلف از جمله از طریق فعالیت متابولیک پایه تولید شود.

مین اعتراف کرد که مقایسه بزرگی این اثر با تأثیر ROS که سلول های خودمان ایجاد می کنند بسیار دشوار است.

«اگر واقعاً در رابط هستید، ممکن است به طور قابل توجهی تحت تأثیر این تأثیر قرار بگیرید، در حالی که اگر شمافقط چند میکرون دورتر هستند، دیگر آن را احساس نمی‌کنید.» مین گفت. قرار گرفتن در معرض یکی دیگر از موارد ناشناخته است. مین همچنین تأکید کرد که هنوز هیچ‌کس نمی‌تواند بگوید که یک فرد متوسط در سال چه مقدار میکروپلاستیک از غذا، آب و هوا می‌گیرد.

پلاستیک های مورد مطالعه عمدتاً پودرهای تازه و خریداری شده در آزمایشگاه بودند، برخلاف ذرات هوازده که در محیط با آن ها مواجه می شویم. در آزمایش‌های این تیم، ذرات قدیمی‌تر با سطوح اکسیده‌تر سیگنال‌های ضعیف‌تری تولید کردند. مین گفت: «این روند پیری بسیار ناهمگون است. برخی از ذرات میکروپلاستیک 50 سال پیش و برخی پنج روز پیش ساخته شدند. در نهایت، بحث اندازه وجود دارد.

میکروپلاستیک ها معمولاً به عنوان ذرات کوچکتر از پنج میلی متر تعریف می شوند، در حالی که حداقل برش بین 100 تا 1000 نانومتر متغیر است. تیم Min آزمایش نکرد که چگونه تغییر در اندازه ذرات میکروپلاستیک بر شیمی سطح آب تأثیر می گذارد، اما محققان گمان می کنند که ممکن است نقشی داشته باشد. همان جرم پلاستیک شکسته شده به نانوذرات، سطح بسیار بیشتری دارد که ممکن است اثر را بزرگتر کند. مین گفت: «این ممکن است دلیل دیگری برای خطرناک‌تر شدن نانوپلاستیک‌ها باشد.

محققان استدلال می کنند که اگر سطوح آب گریز شیمی مشترک آب را هدایت کنند، پلاستیک ها می توانند به گونه ای طراحی شوند که آب گریز کمتری داشته باشند، چه با تغییر ساختار مولکولی خود یا افزودنی ها. با این حال، ابتدا تیم می‌خواهد روی سؤالی که مطالعه آنها باز مانده است، تمرکز کند. ما قطعاً می‌خواهیم ببینیم که این تأثیر مستقیماً تا چه حد به آن کمک می‌کندبیماری یا مشکلات بیولوژیکی در حیوانات و انسان‌ها.

Nature، 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11141-y

Jacek Krywko یک نویسنده مستقل علم و فناوری است که اکتشافات فضایی، تحقیقات هوش مصنوعی، علوم کامپیوتر و انواع جادوگری های مهندسی را پوشش می دهد.