Микропластик может служить средством доставки тяжелых металлов в организм

Ученые Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого выяснили, что крошечные пластиковые частицы впитывают ионы тяжелых металлов и могут доставлять их в организм человека. Работа дает понять, почему даже незаметные глазу фрагменты пластика представляют угрозу. 

Ученые отмечают, что к 2060 году прогнозируется рост производства пластика до 1,2 миллиардов тонн, тогда как в 2019 году этот показатель составлял 460 миллионов тонн, то есть количество пластика за сорок один год увеличится почти в три раза. Сейчас перерабатываются только девять процентов, остальное загрязняет планету: под воздействием солнца, ветра и воды пластик распадается на мелкие кусочки. Микропластиком называют частицы размером менее пяти миллиметров, их находят повсюду — в океанах, в городах и даже на вершине Эвереста.

Эти частицы попадают и в организм человека с продуктами питания и с воздухом. Особенно много микропластика в бутилированной воде: исследования показали, что микрочастицы есть в каждом образце. Самые мелкие фрагменты — размером меньше микрометра — способны проникать через защитный барьер между кровеносной системой и мозгом и повреждать клетки, но, как выяснили новгородские ученые, это не единственная опасность.

«Для оценки рисков нужно изучать не только влияние самих пластиковых частиц, но и их способность переносить другие загрязнители. В последние годы окружающая среда все сильнее загрязняется тяжелыми металлами. Они накапливаются в живых организмах и при долгом воздействии вызывают неврологические нарушения, болезни печени, почек и сердца, а мышьяк, кадмий, хром и никель вообще признаны канцерогенами первой группы», — рассказала порталу «Наука.рф» аспирантка Химико-технологического института НовГУ Елизавета Штро.

В исследовании использовался полистирол — популярный термопласт, из которого изготавливают в том числе одноразовую посуду.

«Мы использовали этот пластик, потому что существует метод контролируемого синтеза модельных частиц. Мы можем задать размер и от этого размера получить дисперсию частиц, чтобы провести исследования на конкретных размерах и сравнить их. Для более популярных видов пластика, например полиэтилена и полипропилена, способа такого синтеза нет», — пояснила Елизавета Штро.

Исследователи синтезировали частицы полистирола трех размеров — сто пятьдесят нанометров, триста нанометров и два микрометра. Для сравнения, толщина человеческого волоса — около восьмидесяти микрометров. Перед экспериментами частицы тщательно очистили от посторонних примесей с помощью выпаривания и центрифугирования.

Химический анализ показал, что поверхность частиц покрыта различными химическими группами, которые способны захватывать ионы металлов. Это сульфатные, гидроксильные, циано- и амидные группы — своего рода молекулярные крючки.

Изучая, как частицы поглощают ионы меди и кадмия из растворов, исследователи выявили закономерность: чем меньше размер частиц, тем быстрее и активнее идет поглощение. 

«Для обоих ионов — меди и кадмия — наблюдается снижение максимальной адсорбционной емкости с увеличением размера частиц полистирола. Это напрямую связано с удельной поверхностью: чем меньше частица, тем больше площадь контакта с раствором. Частицы полистирола показали более высокую способность поглощать ионы кадмия по сравнению с ионами меди, причем это характерно для всех размеров частиц», — пояснила Елизавета Штро.

Ученые также исследовали влияние температуры на процесс. Опыты при двадцати и сорока градусах Цельсия показали, что медь закрепляется на поверхности пластика за счет физических сил, а кадмий вступает в более сложное химическое взаимодействие. При этом энергия, необходимая для запуска процесса, остается невысокой, что говорит о смешанном механизме поглощения.

Для обоих металлов характерна еще одна закономерность: с увеличением размера частиц скорость поглощения падает, крупный пластик работает медленнее мелкого. Ученые изучили момент, когда частицы впитали максимальное количество металла, и на основе этих данных построили специальные графики — изотермы адсорбции.

«Самый высокий показатель соответствия среди всех моделей показало уравнение Фрейндлиха. Это как раз говорит о том, что частицы оседают на поверхности с разными по энергии участками. Значения показателя n, который отвечает за интенсивность поглощения, больше единицы во всех опытах, а это означает, что процесс идет хорошо. Близость n к единице, особенно для меди, показывает почти прямое соотношение при малых концентрациях: чем больше металла в растворе, тем больше его оседает на пластике», — рассказала Елизавета Штро.

Фрагменты размером меньше ста тридцати микрометров способны проникать в ткани, вызывать воспаления и выделять токсичные вещества, добавленные при производстве. Исследование показало, что микропластик — это активный собиратель ядов, накапливающий тяжелые металлы из окружающей среды и доставляющий их прямо в организм.

Ученые планируют развивать исследования, в том числе изучить свойства пластика по отношению к другим загрязнителям. В ближайших планах — провести исследования на антибиотиках и пестицидах, чтобы выяснить, как они адсорбируются на этих же частицах.

«Результаты исследования мы представим позднее, будем готовить статью, но это будет уже осенью. В частности, мы планируем представить исследования на международной конференции «Микропластик в науке о полимерах», которая пройдет 8-12 ноября в Казани», — рассказала Елизавета Штро.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru