نگرانی در سال‌های اخیر افزایش یافته است که ذرات ریز معروف به میکروپلاستیک در همه جای زمین، از یخ قطبی گرفته تا خاک، آب آشامیدنی و غذا ظاهر می‌شوند. این ذرات که وقتی پلاستیک ها به ذرات کوچکتر و کوچکتر تجزیه می شوند، توسط انسان و سایر موجودات با اثرات بالقوه ناشناخته بر سلامت و اکوسیستم مصرف می شوند. یکی از محورهای اصلی تحقیق: آب بطری شده که نشان داده شده است که حاوی ده ها هزار قطعه قابل تشخیص در هر ظرف است.
اکنون، با استفاده از فناوری جدید پیشرفته، محققان وارد دنیای پلاستیک کاملاً جدیدی شده‌اند: قلمرو ناشناخته نانوپلاستیک‌ها، فرزندان میکروپلاستیک‌ها که حتی بیشتر شکسته شده‌اند. آنها برای اولین بار این ذرات ریز را در بطری آب شمردند و شناسایی کردند. آنها دریافتند که یک لیتر متوسط حاوی حدود 240000 قطعه پلاستیکی قابل تشخیص است – 10 تا 100 برابر بیشتر از تخمین های قبلی که عمدتاً بر اساس اندازه های بزرگتر بود.
این مطالعه به تازگی در مجله منتشر شده است مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.
نانوپلاستیک‌ها آنقدر کوچک هستند که برخلاف میکروپلاستیک‌ها، می‌توانند از روده‌ها و ریه‌ها مستقیماً وارد جریان خون شوند و از آنجا به اندام‌هایی از جمله قلب و مغز بروند. آنها می توانند به سلول های منفرد حمله کنند و از جفت به بدن نوزادان متولد نشده عبور کنند. دانشمندان پزشکی در حال رقابت برای مطالعه اثرات احتمالی بر طیف گسترده ای از سیستم های بیولوژیکی هستند.
«قبل از آن فقط یک منطقه تاریک بود، ناشناخته. بیژان یان، یکی از نویسندگان این مطالعه، شیمیدان محیط زیست در رصدخانه زمین لامونت-دوهرتی دانشگاه کلمبیا، گفت: مطالعات سمیت فقط حدس می زنند که در آنجا چه چیزی وجود دارد. این دریچه ای را باز می کند که در آن می توانیم به دنیایی نگاه کنیم که قبلاً در معرض دید ما نبوده است.»
تولید جهانی پلاستیک به 400 میلیون تن در سال نزدیک می شود. سالانه بیش از 30 میلیون تن به آب یا زمین ریخته می شود و بسیاری از محصولات ساخته شده با پلاستیک، از جمله منسوجات مصنوعی، در حین استفاده از خود ذرات ساطع می کنند. برخلاف مواد آلی طبیعی، بیشتر پلاستیک ها به مواد نسبتاً خوش خیم تجزیه نمی شوند. آنها به سادگی تقسیم شده و به ذرات کوچکتر و کوچکتر از همان ترکیب شیمیایی تقسیم می شوند. فراتر از مولکول های منفرد، هیچ محدودیت نظری برای کوچک شدن آنها وجود ندارد.
میکروپلاستیک ها به قطعاتی از 5 میلی متر (کمتر از یک چهارم اینچ) تا 1 میکرومتر که 1 میلیونیم متر یا 1/25000 اینچ است، گفته می شود. (قطر یک تار موی انسان حدود 70 میکرومتر است.) نانوپلاستیک ها که ذراتی با اندازه کمتر از 1 میکرومتر هستند، در یک میلیاردم متر اندازه گیری می شوند.
پلاستیک در بطری‌های آب پس از مطالعه‌ای در سال 2018 که میانگین 325 ذره در لیتر را نشان داد تا حد زیادی به یک موضوع عمومی تبدیل شد. مطالعات بعدی این عدد را چندین برابر کرد. دانشمندان مشکوک بودند که حتی بیشتر از آن چیزی که شمارش کرده بودند وجود دارد، اما برآوردهای خوب در اندازه‌های زیر 1 میکرومتر متوقف شد – حد نانوجهان.
نایکسین کیان، دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی در دانشگاه کلمبیا، نویسنده اصلی این مطالعه جدید، گفت: «مردم روش‌هایی را برای دیدن نانوذرات توسعه دادند، اما نمی‌دانستند به چه چیزی نگاه می‌کنند. او خاطرنشان کرد که مطالعات قبلی می‌تواند تخمین‌های گروهی از نانوتوده را ارائه دهد، اما در بیشتر موارد نمی‌توان ذرات تکی را شمارش کرد، یا تشخیص داد که کدام یک از مواد پلاستیکی یا چیز دیگری هستند.
پژوهش جدید از تکنیکی به نام میکروسکوپ پراکندگی رامان تحریک‌شده استفاده می‌کند که توسط وی مینگ، بیوفیزیکدان دانشگاه کلمبیا تهیه شده است. این شامل کاوش نمونه ها با دو لیزر همزمان است که تنظیم شده اند تا مولکول های خاصی را تشدید کنند. محققان با هدف قرار دادن هفت پلاستیک رایج، یک الگوریتم مبتنی بر داده برای تفسیر نتایج ایجاد کردند. مین گفت: “کشف یک چیز است، و دانستن آنچه کشف می کنید یک چیز دیگر.”
محققان سه برند محبوب بطری آب فروخته شده در ایالات متحده را آزمایش کردند (آنها از ذکر کدام یک خودداری کردند) و ذرات پلاستیک را تا اندازه 100 نانومتر تجزیه و تحلیل کردند. آنها متوجه 110000 تا 370000 ذره در هر لیتر شدند که 90 درصد آن نانوپلاستیک بود. بقیه میکروپلاستیک بودند. آنها همچنین تعیین کردند که کدام یک از هفت پلاستیک خاص هستند و شکل آنها را ترسیم کردند – کیفیت هایی که می تواند در تحقیقات زیست پزشکی ارزشمند باشد.
یکی از رایج ترین آنها پلی اتیلن ترفتالات یا PET بود. این تعجب آور نبود زیرا بطری های آب زیادی از آن ساخته شده است. (همچنین برای نوشابه های بطری، نوشیدنی های ورزشی و محصولاتی مانند سس کچاپ و سس مایونز استفاده می شود.) احتمالاً به این دلیل وارد آب می شود که وقتی بطری فشرده می شود یا در معرض حرارت قرار می گیرد ذرات آزاد می شوند. یک مطالعه اخیر نشان می دهد که با باز کردن یا بستن مکرر درپوش، ذرات زیادی وارد آب می شوند و ذرات کوچک از بین می روند.
با این حال، PET از پلی آمید، نوعی نایلون، بیشتر است. بیژان یان گفت که از قضا، این احتمالاً از فیلترهای پلاستیکی ناشی می شود که ظاهراً آب را قبل از بطری شدن تصفیه می کنند. سایر پلاستیک‌های رایج دیگر که محققان یافتند: پلی استایرن، پلی وینیل کلرید و پلی متیل متاکریلات که همگی در فرآیندهای صنعتی مختلف استفاده می‌شوند.
یک فکر تا حدودی نگران کننده: هفت نوع پلاستیکی که محققان به دنبال آن بودند، تنها حدود 10 درصد از کل نانوذراتی را که در نمونه ها یافتند، تشکیل می دادند. آنها نمی دانند دیگران چگونه هستند. اگر همه آنها نانوپلاستیک باشند، به این معنی است که تعداد آنها می تواند به ده ها میلیون در لیتر برسد. اما آنها می توانند تقریباً هر چیزی باشند، نویسندگان می نویسند: “نشان دهنده ترکیب پیچیده ذرات در یک نمونه آب به ظاهر ساده”. «وجود کلی مواد آلی طبیعی قطعاً نیازمند تمایز معقول است».
اکنون محققان به فراتر از آب بطری رسیده اند. مین گفت: دنیای عظیمی از نانوپلاستیک ها وجود دارد که باید کاوش شود. او خاطرنشان کرد که نانوپلاستیک‌ها از نظر جرمی بسیار کمتر از میکروپلاستیک‌ها هستند، اما «اندازه آن مهم نیست. اعداد به این دلیل است که هر چه چیزهای کوچکتر باشند، راحت تر می توانند وارد ما شوند.”
از جمله، این تیم قصد دارد آب لوله کشی را بررسی کند که نشان داده شده است که حاوی میکروپلاستیک است، البته بسیار کمتر از آب بطری. بیژان یانگ در حال اجرای پروژه‌ای برای مطالعه میکروپلاستیک‌ها و نانوپلاستیک‌هایی است که در هنگام شستن لباس‌ها به فاضلاب ختم می‌شوند—او تخمین می‌زند تا کنون میلیون‌ها دلار در هر بار 10 پوندی آزاد شده از مواد مصنوعی که بسیاری از اقلام را تشکیل می‌دهند، است. (او و همکارانش در حال طراحی فیلترهایی برای کاهش آلودگی ماشین‌های لباسشویی تجاری و خانگی هستند.) این تیم به زودی ذرات برفی را که همکاران بریتانیایی در حال جمع‌آوری در غرب قطب جنوب هستند، شناسایی خواهند کرد. آنها همچنین با کارشناسان محیط زیست برای اندازه‌گیری نانوپلاستیک‌ها در بافت‌های مختلف انسانی و بررسی رشد و اثرات عصبی آنها همکاری می‌کنند.
کیان گفت: «پیدا کردن بسیاری از این چیزها کاملاً غیرمنتظره نیست. ایده این است که هر چه چیزهای کوچکتر شوند، بزرگتر می شوند.
این مطالعه توسط Xin Gao و Xiaoqi Lang از گروه شیمی دانشگاه کلمبیا انجام شد. هویپنگ دنگ و تئودورا ماریا براتو از لامونت-دوهرتی. Qixuan Chen از دانشکده بهداشت عمومی میلمن کلمبیا. و فیبی استاپلتون از دانشگاه راتگرز.
