顆粒小，問題大的微米/納米塑料
2024年12月13日
微米納米/塑料是目前受到普遍關注的全球新興汙染物，可能影響人類健康和環境。納米/微塑料也是水處理行業的熱門話題之一。就像永遠的化學品 PFAS (Per- and Polyfluoroalkyl Substances，中文是全氟和多氟烷基物質)一樣，它們也是永遠的問題。科學家發現這些塑料顆粒無處不在：土壤，水，空氣，食物和我們的身體中。在富士山上方的雲層，地球最深處的馬裏亞納海溝和北極冰層中都發現了微塑料和納米塑料，而且幾乎在人體的每個部位都檢測到了微塑料。
微塑料這一類別涵蓋了各種具有不同化學成分，形狀，顏色，大小和密度的材料。目前尚無科學界公認的微塑料定義，但大多數定義都側重於成分和尺寸大小。
顧名思義，微塑料是微小的顆粒——具體指小於 5 毫米的顆粒。有些微塑料被特意做小，用於化妝品等產品，可以作為去角質劑。大多數微塑料是由較大的塑料物品分解而來的。微塑料是一個相對較新的術語，20 年前才出現。過去10年，對微塑料甚至更小的顆粒——納米塑料（小於 1 微米）的研究方興未艾蓬勃發展。
目前各種各樣的塑料顆粒尺寸，密度和成分給研究人員帶來了嚴峻挑戰，因為沒有一種方法可以用來表征各種各樣的微米和納米塑料顆粒。迫切需要開發和標準化微/納米塑料的收集，提取，量化和識別方法，以提高研究的可靠性，一致性，和可比性。針對不同對象，如水，人體(血液，細胞)，和土壤中微塑料的研究方法，肯定是不一樣的。
回顧一下什麽是塑料呢？世界上第一種全合成塑料是1907年在紐約發明的酚醛塑料，Leo Baekeland發明的，他也創造了“塑料”一詞。如今，塑料有幾十種不同的類型，常見的如廣泛用於產品包裝的聚乙烯和聚氯乙烯 (PVC)因其強度和耐用性而用於建築和管道。因為塑料研究成果而獲得諾貝爾獎的化學家赫爾曼·施陶丁格，也被稱為“聚合物化學之父”，以及赫爾曼·馬克，被稱為“聚合物物理學之父”。
塑料是人造的，但它們源於自然界。塑料是一種以聚合物為主要成分的合成或半合成材料，這些材料來自石油或天然氣等化石燃料。塑料的可塑性使其能夠被模塑，擠壓或壓成各種形狀的固態物體。這種適應性，加上其它多種特性，如重量輕，耐用，靈活和生產成本低，使其得到了廣泛的應用。塑料通常通過人類工業係統製造。不過最近的工業方法使用由可再生材料製成的變體(例如玉米或棉花衍生物)來製造塑料。
據估計，1950年至2017年間，塑料產量達92億公噸；其中一半以上是在2004年後生產的。2020年，塑料產量為 4 億多噸，這相當於近 1300 座帝國大廈的重量。如果全球塑料需求趨勢持續下去，預計到2050年，全球塑料年產量將超過11億噸。據報道，全世界每年每人生產 約50公斤塑料，產量每十年翻一番。
今天塑料製品無處不在，與我們的生活工作密不可分。塑料最大的應用是作為包裝材料，但也廣泛應用於其它領域，包括：建築（如管道，門窗），紡織品（彈性織物，羊毛）消費品（玩具，餐具，牙刷），汽車（前燈，保險杠，車身麵板），電子產品（電話，電腦，電視）和機器零件。在光學領域，塑料用於製造非球麵透鏡。
塑料的廣泛使用，已造成嚴重的環境問題，因為它們在自然生態係統中分解速度緩慢，通常需要幾百年甚至上千年。以往生產的塑料大多數都沒有被重複使用，或者無法重複使用，要麽被填埋，要麽以塑料汙染物和微塑料的形式留在環境中。迄今為止，在所有丟棄的塑料中，約有14%被焚燒，不到10%被回收利用。今天，塑料汙染已經存在於世界上所有主要水體中，例如，在世界所有海洋中形成垃圾帶，並汙染陸地生態係統。
微塑料從何而來，又是如何隨處可見的呢？二十年前，普利茅斯大學的海洋生物學家理查德·湯普森和他的同事首次使用“微塑料”一詞來描述他們在英國普利茅斯周圍的海洋沉積物中發現並試圖量化的微小塑料碎片。四年後，美國國家海洋和大氣管理局主辦的一次國際研討會的參與者將微塑料定義為“小於 5 毫米的塑料顆粒”。
從那時起，微塑料這個詞被普遍應用，科研人員發表了數百篇關於微塑料在環境中的積累及其可能來源的論文。日常生活中使用了如此多的塑料，隨著時間的推移，塑料會分解成微塑料，所以現在，微塑料真的無處不在。
微塑料產生的幾個主要來源如下：
大塑料：物理擾動，紫外線照射和氧化最終會將大塑料分解成微塑料。這是許多塑料產品的命運。大塑料降解成微塑料的速度將取決於聚合物種類和它所處的環境。
紡織品：從毛茸茸的羊毛衫到光滑、吸汗的運動服，合成紡織品是大多數衣櫃中的必備品。不幸的是，這類織物是環境中微塑料的主要來源，會脫落聚酯, 聚酰胺, 丙烯酸和其它聚合物的細小纖維。微塑料在走路時脫落，洗滌和烘幹時也會脫落，甚至在製造過程中也會脫落。
消費者可以購買專門的過濾器或洗衣袋，以最大限度地減少洗衣過程中釋放的微纖維廢物量。但織物製造商應該可以做得更多，最近的研究表明，紡織品的特性，如成分，紗線結構，織物結構和後期生產處理都會影響纖維脫落，而且可以設計更好的紡織品以減少脫落。
輪胎：大家都知道輪胎會隨著時間推移而磨損，變得光禿禿的，而且會隨著時間而變脆。因此，輪胎是微塑料汙染的主要來源也許並不奇怪。如今的輪胎由天然橡膠和合成橡膠製成。當人們開車時，摩擦會將微米大小的輪胎碎片撕碎，並將其散落到空氣和灰塵中。一些先進的輪胎設計可以減少輪胎微塑料的脫落。
油漆：新油漆可以改變建築物的風格，防止船舶生鏽，或改變十字路口的交通路線。但聚合物是油漆的關鍵成分。當粉刷房屋，船隻和道路時，油漆會隨著時間的推移出現裂縫和碎片，剝落成微塑料，流入周圍的生態係統。當去除舊漆並塗上新漆時，也會發生泄漏。總之，這些途徑和油漆的廣泛應用使油漆成為環境中微塑料的最大來源之一。
塑料顆粒和化妝品：塑料顆粒是許多消費品的原材料，在供應鏈的每個環節都會泄漏到環境中。迄今為止已知的最大塑料泄漏事件發生在2021年斯裏蘭卡，當時一艘船起火並部分沉沒，將1680公噸塑料顆粒泄漏到水中。這些塑料顆粒殺死了許多海洋動物，它們誤以為這些顆粒是美味的零食。盡管已經提出了塑料顆粒的國際法規，但尚未達成一致。
相比之下，超過30個國家已禁止在個人護理產品中添加塑料微珠——通常是牙膏和洗麵奶等去角質產品。在政府禁止塑料微珠用於化妝品之前的約50年裏，全球每年投入到化妝品中的數十萬噸塑料都去哪裏了？顯然是進入到環境中，水，土壤和空氣裏。
瓶裝水也是來源之一。最近的一項研究發現，1升瓶裝水（相當於消費者通常購買的兩瓶標準瓶裝水）平均含有 24萬個來自七種塑料的塑料顆粒，其中 90% 是納米塑料。值得注意的是，瓶裝水隻是塑料容器包裝的數千種食品和飲料產品之一。
美國環境保護署最近的一項審查顯示，在3千多種可能與塑料包裝有關的化學物質和 906種可能與之相關的化學物質中，68種被評為“對人類健康危害最高”和“對環境危害最高”的化學品。
那麽微塑料是怎麽進入人體的呢？要弄清微塑料和納米塑料對我們的健康有何影響，第一步就是要了解它們是如何進入人體的。
人們可以通過食物，自來水或含有微塑料和納米塑料的瓶裝飲料攝入這些塑料顆粒。2020 年對 50 項研究的回顧發現，軟體動物（包括貽貝、牡蠣和蛤蜊）的微塑料含量在海鮮中最高。科學家還在市售的食鹽和海鹽中發現了微塑料。另一項研究指出，意大利卡塔尼亞當地市場上出售的水果和蔬菜被這些微小的塑料顆粒汙染。作者推測，植物的根部可能會從水或土壤中吸收塑料碎片。
科學家還發現，當容器暴露在熱的食物和飲料中時，微塑料會從塑料食品容器，飲料杯和嬰兒奶瓶中滲出，並汙染容器中的物品。最近的一項研究分析了三個流行品牌的瓶裝水，估計平均每升水中潛伏著24萬個微小塑料顆粒。溫暖的環境，陽光照射和聚對苯二甲酸乙二醇酯瓶的重複使用都會導致微塑料和納米塑料的脫落。
塑料顆粒也可以通過空氣傳播或作為灰塵的一部分。根據大小，微塑料和納米塑料可以被吸入，然後沉積在上呼吸道或深入肺部。微小顆粒還可以通過皮膚通過開放性傷口，汗腺和毛囊被吸收到體內。
雖然研究人員正在試圖確定最相關的人類接觸途徑，但微塑料的主要來源是通過食物，飲用水和空氣進入我們的體內。今天科學家已經在人體的許多部位發現了微塑料和納米塑料，包括腎髒，心髒，肺，腸道，睾丸和胎盤等。
要了解微塑料和納米塑料的潛在危害，科學家需要克服技術挑戰。其中最根本的是準確檢測我們組織和血液中尺寸小於 1 微米的納米塑料。研究表明，納米塑料可能比微塑料更具破壞性，因為它們更小，可以很容易進入細胞。而且它們的表麵積與體積之比更大，使這些顆粒更具反應性。
如何檢測微塑料？微塑料和納米塑料最終會進入人體，一旦進入人體，要找到它們並不容易。由於它們的尺寸，科學家很難使用光學顯微鏡甚至電子顯微鏡技術發現組織樣本中的微小塑料顆粒。這些塑料顆粒電子密度不高，這使得使用電子顯微鏡檢測塑料碎片變得困難。另一方麵，科學家們並不知道人類平均每天攝入的微塑料和納米塑料的數量，因此目前還無法確定動物研究中的等效劑量。
因此，科學家們現在主要依靠熱解氣相色譜/質譜法 (Py-GC/MS) 來識別和量化組織樣本中的微塑料和納米塑料水平。首先使用氫氧化鉀“消化”有機組織，然後使用超速離心機將塑料顆粒從溶解的組織中分離出來。下一步是加熱收集到的塑料，並使用質譜儀分析氣體排放。研究人員根據它們釋放的氣體特征來識別和量化不同的聚合物。在最近的一項研究中，科學家使用這種技術分析了2011年至2015 年收集的62個人類胎盤樣本，發現所有樣本中都含有微塑料，特別是聚乙烯微塑料。
微塑料會損害我們的健康嗎？答案是肯定的，微塑料對健康的影響來自2 個方麵：塑料顆粒，尤其危害大的納米顆粒與塑料中的化學品添加劑。目前這些微小顆粒如何危害人類的健康尚不清楚，但科學家們對他們迄今為止發現的情況感到震驚。
幾項研究發現，微小的塑料顆粒可以穿過生物屏障，包括細胞膜，血腦屏障和腸道屏障。這種進入體內的可能機製是微塑料和納米塑料附著在細胞膜上並被細胞吞噬。最近的一項建模研究表明，當微小的塑料顆粒附著在人類紅細胞的膜上時，它們會導致膜拉伸。科學家懷疑這種變形——這在實驗室得到了證實——可能會限製細胞輸送氧氣的能力。
一旦進入細胞，微塑料和納米塑料就會引起氧化應激，炎症和 DNA 損傷。在2021年的一項研究中，研究人員給小鼠喂食聚苯乙烯微塑料和納米塑料，發現它們的存在增加了活性氧 (ROS) 的產生——這是一種不穩定的分子，是細胞活動的副產品。研究小組懷疑，這種活性氧的積累會誘發齧齒動物小腸的氧化應激，導致腸道內壁細胞死亡，從而導致這一屏障喪失。活性氧升高還會導致 DNA 損傷。
與塑料有關的許多爭議實際上都與其化學添加劑有關，因為某些化合物具有持久性，生物累積性和潛在危害性。現已被禁用的阻燃劑八溴二苯醚和五溴二苯醚就是一個例子，而鄰苯二甲酸酯的健康影響一直是公眾關注的領域。如果焚燒廢物，添加劑也會帶來問題，尤其是在焚燒不受控製或在低技術焚化爐中進行時，這在許多發展中國家很常見。不完全燃燒會導致酸性氣體和灰燼等有害物質的排放，這些物質可能含有持久性有機汙染物 (POP)，例如二惡英。
許多被認定為對人類和/或環境有害的添加劑受到國際監管。世界上許多地方都禁止在塑料奶瓶中使用添加劑雙酚 A (縮寫BPA)，但一些低收入國家並未受到限製。
納米塑料汙染以及對健康的影響已經被討論了很多年，但沒有人知道它對健康的影響。今年初發表在《新英格蘭醫學雜誌》上的一篇文章是第一個科學證據，表明這項研究是第一個將塑料汙染與人類疾病聯係起來的研究，這是微塑料研究的一個裏程碑。
根據2024年3月7日的“新英格蘭醫學雜誌 ”，研究發現納米塑料與心髒病, 中風和過早死亡有關。一項新的共有304名患者參加的研究發現，在150名患者的頸動脈斑塊中檢測到聚乙烯塑料（一種用於保鮮膜，塑料袋以及食品和飲料容器的常見塑料），31名患者有可測量的聚氯乙烯（PVC）塑料含量。頸動脈組織中含有的這些微塑料或納米塑料的人在未來三年內患心髒病，中風或死於任何原因的可能性是頸動脈組織中沒有納米塑料人的兩倍。
這項研究是第一個將塑料汙染與人類疾病聯係起來的研究，表明了微塑料和納米塑料正在成為心血管疾病的潛在危險因素，當然這項研究數據必須得到其它研究和更大人群的證實。
我們如何減少接觸塑料呢？避免塑料汙染即使不是不可能，也是極具挑戰性的。每個人都可以以微薄之力開始減少塑料的使用，這裏列舉在我們日常生活中可以減少接觸塑料的一些例子：
避免用微波爐加熱塑料食品或飲料，包括嬰兒配方奶粉和泵出的母乳，也不要將塑料放入洗碗機中，因為熱量會導致化學物質滲出，因為塑料或外賣容器可能會向食物中釋放數百萬個微塑料顆粒。
查看產品底部的回收代碼，找到塑料類型，並避免使用回收代碼為 3 的塑料，這些塑料通常含有鄰苯二甲酸鹽，鄰苯二甲酸鹽因其非常常見而被稱為“無處不在的化學物質”，是製造過程中使用的已知會破壞激素的化學物質之一。
避免使用一次性塑料瓶裝水。如果別無選擇，請盡量將它們放在陰涼幹燥的環境中，避免陽光直射。一次性塑料瓶裝水很容易因溫度變化或摩擦而降解。
減少一次性塑料的使用，包括將可重複使用的袋子帶到雜貨店。買一個帶拉鏈的布袋，然後讓幹洗店把你的衣服放回裏麵，而不是用那些薄薄的塑料袋。帶一個旅行杯到當地的咖啡店外賣，帶陶瓷或者玻璃杯到辦公室，減少塑料杯和餐具的使用。
定期除塵和吸塵，清除房屋中多餘的灰塵有助於減少可能呼吸或消耗的灰塵中微塑料纖維的數量。
過濾飲用水。由於塑料的廣泛使用和汙染，水中可能會含有微塑料顆粒，家用濾水器可以有效減少許多汙染物，尤其是微塑料顆粒，但納米塑料顆粒的過濾需要更高精度的淨水器，如RO反滲透膜淨水器。
避免使用塑料切菜板，有很多替代品可供使用，例如木製菜板。
除了用石油或天然氣原材料來製造塑料外，最近的工業方法使用由可再生材料製成的變體(例如玉米或棉花衍生物)來製造容易分解的塑料， 也有利用源自藻類和植物的化合物製造可生物降解的聚酯聚氨酯。但生物降解塑料也會釋放微塑料，但它們不會無限期地存在，會繼續分解，最終成為微生物的食物。當然用可生物降解的生物基塑料替代化石燃料基塑料還需時日才能在市場上取得顯著規模。
使用生物手段細菌和酶也是一種解決方案。科學家們正在推動大自然，誘導酶來分解塑料。研究人員現在的目標是利用發現的微生物人為地加速進化過程。他們正在從微生物中分離出相關的酶，並對酶進行工程改造以提高其活性。一些人想用酶將聚合物分解成原始原料，以便回收利用；其他人認為，這些酶可用於廢物管理，以吞噬堆肥堆和汙水處理廠中的小聚合物顆粒。
不可否認微塑料已經進入千家萬戶的人體內，這是不爭的事實，就像PFAS(Per- and Polyfluoroalkyl Substances，中文是全氟和多氟烷基物質)一樣，變成永久的問題。由於人類生活不可能完全拋棄塑料和PFAS，如果那樣的話，不知多少人會丟飯碗，同時也會給生活工作帶來不可想象的後果。因此，意識到我們不可能完全避免微塑料，那就盡所有努力來減少降低它們的影響。
我相信一切科學技術的發展與進步，對人類肯定是有代價的，這個代價多大，什麽時候到，隻是一個時間早遲的問題，代價的大與小，人類都必須承受，當然最好不要滅了人類自己和我們賴以生存的地球。（完）
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