环境中的纳米塑料对人类健康的可能影响

文章信息：

Emergence of nanoplastic in the environment and possible impact on human health

Roman Lehner, Christoph Weder, Alke Petri-Fink, and Barbara Rothen-Rutishauser

DOI: 10.1021/acs.est.8b05512

1.研究背景

最近的研究表明塑料材料碎裂成纳米颗粒，即“纳米塑料”可在环境中的积累。然而，到目前为止，有关纳米塑料对水生环境的影响的研究很少。在本综述的目的是概述有关这一新兴主题的文献，重点是纳米塑料对人类健康的影响，包括在生物环境中检测塑料所面临的挑战。以了解纳米塑料对人类的可能风险，并为未来的研究提供建议。

图1.全球和欧洲的聚合物生产，欧洲聚合物生产的增长率在过去十年中趋于稳定，这与2007  -  2008年经济危机的影响有关，以及能源和原材料价格上涨导致产品价格上涨和竞争力下降。

图2. 2018年5月在利古里亚海取得的塑料样本，网眼尺寸0.3毫米。

2. 塑料在环境中的来源和命运

废弃的包装塑料根据成分特点，有的会保持不变，有的会被微生物降解。大块塑料进入环境后，会被海鸟、鱼类和鲸目动物摄入并保留体内，这些塑料导致的缠结会使动物们死于饥饿等相关原因。而微塑料的影响更广，包括浮游动物、双壳贝类和小鱼。微米尺寸的纺织纤维片段和个人护理产品，如牙膏和面部清洁剂（通常含有聚乙烯基微塑料颗粒），这些颗粒最终会进入废水。全球各地都存在微塑料，从北极冰冻的极地到赤道附近的开阔水域，以及从沿海地区到深海。塑料降解最终可能导致塑料纳米颗粒形成，作为“初级纳米塑料”进入环境。工业用途制造的颗粒如油漆，粘合剂，电子产品和化妆品，降解的大塑料作为“二级颗粒”出现。家庭和工业中使用的初级纳米塑料则很可能不被废水处理收集，而随污水排放到水环境中。

2.1纳米塑料对水环境的影响

聚苯乙烯纳米颗粒的几项实验研究表明，各种生物，如水蚤、贻贝、浮游动物和藻类，可以主动摄取纳米颗粒或将其吸附到它们的表面。在实验室条件下，多项研究表明纳米塑料可对水生生物造成细胞毒性，氧化损伤，破坏先天免疫系统，影响正常生理活动等。

3.纳米塑料对人体健康的影响

3.1纳米塑料进入人体的途径

纳米塑料可能通过口服进入、呼吸或皮肤接触塑料产品相关(图3 )。体内和体外研究表明，微塑料和纳米塑料可被人体吸收并能克服组织屏障。

图3. 示意图显示人暴露于纳米塑料的三种主要途径，即通过A）肺，B）胃肠道（GI），和C）皮肤。

图4.暴露24小时后，标记为F -肌动蛋白(紫色)和细胞核(蓝色)的人肺上皮癌细胞( A549 )显示摄取了标记为FITC (黄色)的200 nm氨基改性聚苯乙烯颗粒

图5.透射电子显微镜图像显示用于体外研究的市售球形聚苯乙烯纳米颗粒。

3.2纳米颗粒的细胞摄取途径和细胞内命运

纳米粒子被细胞吸收的几种可能方式:细胞膜的被动扩散，通道蛋白或转运蛋白介导的摄取，其中内吞途径是主要摄取途径。纳米聚苯乙烯颗粒可以很容易地渗透到脂质双层膜中，导致细胞功能受影响。

3.3纳米塑料的不良影响

人类细胞系的体外研究(表1 )显示，聚合物纳米颗粒具有激活先天免疫系统、诱导炎症反应或介导氧化应激的潜力。

表1.使用人细胞系的体外研究综述，展示细胞摄取和暴露于聚苯乙烯纳米颗粒的影响

4. 纳米塑料的检测

一种已证实过的方法是：收集的水样超滤后，使用动态光散射来证明纳米颗粒的存在。再通过热解与气相色谱-质谱结合的方法评估颗粒的化学特性。高光谱成像技术已被用于检测和表征海洋和土壤中的微塑料，有望用于检测纳米塑料。通常用于表征纳米颗粒的方法，如UV-VIS光谱分析、电子显微镜、场流分离( FFF )或动态光散射( DLS )技术也被认为适合纳米塑料。但需要将这些方法组合起来对材料进行化学确认。新的方法可能包括引入纳米FTIR吸收光谱、拉曼光谱以及原子力显微镜和红外光谱( AFM-IR )，它们都显示出纳米尺度化学表征能力。

5.结论和未来展望

塑料是环境污染的最大来源之一，近来的研究表明塑料降解形成的纳米塑料对水生物种有负面影响。与微塑料不同，纳米塑料可以克服水生生物的肠道消化最后进入人类食物链。未来研究的几个重点：纳米塑料在水中的浓度是多少？这种浓度会影响水生系统，进而影响食物链，对人类造成潜在的危险影响吗？我们能否确认人类食物链中纳米颗粒的出现，以确定潜在的人类接触途径？解决这些问题需要新技术和新方法来检测环境和生物体中的纳米塑料，需要建立起环境中塑料研究数据库，以便进行风险评估。未来研究也应转向陆地环境，丰富各种生态环境的研究有助于全面了解微塑料和纳米塑料污染及其对人类健康的可能影响。