大气中的微塑料研究进展论文

根据估计，等到2040年，塑料污染的水平可能达到每年8000万公吨。现在，在环境的几乎所有领域如水体、土壤和空气中都检测到了塑料微粒。通过洋流和河流，这些微小的塑料颗粒甚至可以到达北极、南极或海洋深处。 一项新综述研究现在表明，风也可以将这些颗粒运送到很远的地方--而且比水快得多：在大气中，它们可以在几天内从原点到达地球上最偏远的角落。 一个国际研究小组发表在《Nature Reviews Earth and Environment》上的文章解释了微塑料如何进入大气层以及随后如何运输。 现在每年有到2500万公吨的微塑料和纳米塑料通过海洋空气、雪、海雾和雾被运输到数千公里之外，在这个过程中这些塑料跨越了国家、大陆和海洋。这一估计是由一个由33名研究人员组成的国际团队得出，其中包括来自阿尔弗雷德-魏格纳研究所、亥姆霍兹极地和海洋研究中心(AWI)、波茨坦高级可持续性研究所(IASS)和基尔的GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心的专家。 “空气是一种比水更有活力的介质，”来自AWI的共同作者Melanie Bergmann博士说道，“因此，微型和纳米塑料可以更迅速地渗透到我们星球上那些最偏远的、在很大程度上仍未触及的地区。一旦到了那里，这些颗粒可能会影响表面气候和当地生态系统的 健康 。如当这些较深的颗粒沉积在冰雪上时，它们会影响冰雪的反馈、减少它们反射阳光的能力并促进融化的发生。同样，深色斑块的海水会吸收更多的太阳能，进而使海洋进一步变暖。而在大气中，微塑料颗粒可以作为水蒸气的凝结核，对云的形成产生影响，从长远来看，对气候产生影响。 塑料微粒是如何进入大气层的？ 首先，通过人类活动。道路交通中的轮胎和刹车产生的颗粒或工业生产过程中的废气都会上升到大气中，在那里被风吹走。然而根据概览研究，哎有证据表明，这些颗粒中有相当数量是由海洋环境运送的。初步分析表明，沿海地区的微塑料还通过侵蚀的海滩沙子进入海洋。海雾、风和波浪的结合在水中形成了含有微塑料的气泡。当气泡破裂时，这些颗粒就会进入大气。因此，向偏远甚至极地地区的运输可能是由于大气和海洋运输的结合。 因此，了解大气和海洋之间的相互作用是非常重要的，这样才能确定哪些颗粒大小被运输及数量是多少。大气层主要运输小的微塑料颗粒，这使得它成为一个更快的运输途径，从而导致大量沉积在广泛的生态系统中。正如Melanie Bergmann所解释的那样--“我们需要将微型和纳米塑料纳入我们对空气污染的测量中，最好是在国际范围内作为全球网络的一部分”。为此，作为第一步，这项研究的第一作者Deonie Allen和Bergmann在去年北极地区的Polarstern考察中开始收集空气、海水和冰中的微塑料样本。 携手把握微塑料的循环 了解和描述海洋和大气之间的微塑料循环将需要共同努力。在这方面，在这项研究中，由来自格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学的论文第一作者Deonie Allen和Steve Allen领导的研究小组概述了一项全球战略，以此来创建一个关于海洋和大气之间的微型和纳米塑料流动的无缝、可比较的数据库。“大气层中微塑料的排放、运输和影响有很多方面我们还没有完全理解，”来自国际科学协会的合著者Tim Butler教授说道，“这份出版物揭示了我们知识中的差距--并提出了未来的路线图。” 海洋环境保护的科学问题联合专家组(GESAMP)的两个专门工作小组准备了这项研究。研究报告的论文共同作者、GESAMP成员、来自GEOMAR的Sylvia Sander教授说道：“这项研究清楚地表明，只有通过研究人员和他们的数据联网才能全面掌握海洋及人类对海洋的影响。我们这个时代的巨大挑战是在全球范围内的。因此，我们必须以尽可能全面和国际化的专业知识来寻求迫切问题的答案。只有通过合作才能做到这一点。”GESAMP是一个属于联合国的11个组织的联合体，其目标是对海洋环境达成一个多学科的、基于科学的理解。到目前为止，该网络已经跟来自全球各国的500多名专家就一系列问题展开了合作。 空气中的微塑料和纳米塑料还跟人类 健康 有关。在最近发布的一项英国研究中，在13个活人的肺部发现了微塑料。Bergmann表示：“这是我们需要将塑料纳入空气质量监测计划的另一个原因。”为了减少塑料造成的环境污染，新塑料的生产也需要在国际条约的基础上逐步减少，正如Bergmann和其他专家最近在给《科学》杂志的一封信中所呼吁的那样。

“不管你测或不测,微塑料颗粒一直就在那里,只增不减。”似乎无计可施。而且在人体内低剂量的微塑料仍然在安全范围内，因此脱离剂量无法谈毒性，微塑料对人类的健康影响仍在研究中，很多体外实验已经证明微塑料对细胞的损伤。2004年，《科学》杂志上发表关于海洋塑料碎片论文，提出了“微塑料”的概念。2017年，在伯利兹海岸附近的特内菲环礁，四分之三的水下海草上附着着微塑料纤维、碎片和珠子。首次在水生维管束植物上发现微塑料，是世界上第二次在海洋植物上发现微塑料。2018年在人类粪便中发现了塑料颗粒，每10g粪便中含有约20颗微塑料颗粒。2019年，欧洲首次在两栖动物欧洲蝾螈（Triturus carnifex）的胃内容物中发现微塑料。证明高海拔环境中出现塑料问题。2020年，亚利桑那州立大学研究了来自人体肺、肝、肾等器官的47个人体组织样本，在所有47个相关组织样本中发现了微塑料。2021年在人类胎盘中发现了微塑料颗粒，同年发现摄入微塑料颗粒的怀孕老鼠胎儿的肝、肺、心脏、肾中检测出微塑料颗粒。2022年在人类血液中检测到微塑料颗粒，这意味着微塑料可以随着血液进入人体循环。那么微塑料很有可能通过血脑屏障进入大脑，造成脑损伤。微塑料的来源微塑料是指直径μm–5 mm直径的塑料颗粒（MP），纳米塑料是指直径<μm的塑料颗粒（NP）。微塑料/纳米塑料的来源分为两种;一种是人类产生的塑料垃圾（每年约有800万吨塑料垃圾进入海洋，万吨塑料漂浮在海洋表面）通过微生物降解、长时间的紫外线照射或物理磨损，塑料会碎裂成微塑料或纳米塑料。另一种是MP/NP是空气喷射技术、清洁剂、化妆品、药物输送配方、涂料和牙膏的生产原料。塑料微珠在个人护理及化妆品产品中常常作为填充剂、成膜剂、增稠剂及悬浮剂等应用于磨砂膏、洁面乳、沐浴露、牙膏、防晒霜、眼影、腮红、粉底液等产品中，添加量约为1%-90%。生产材料包括粒聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯等。2021年9月1日，针对日化用品中塑料微粒检测的国家标准GB/T 40146-2021《化妆品中塑料微珠的测定》正式实施，《化妆品中塑料微珠的测定》采用傅里叶变换红外光谱法对产品中的塑料为主进行定性检测。塑料微珠检测标准的实施为实现2022年底禁止销售含塑料微珠的日化产品的目标提供了有力保障。人类摄入微塑料的来源人类摄入微塑料的来源主要是通过食物、水、空气以及医疗系统。微塑料已经在地球的各个地方都有发现，包括喜马拉雅山以及马里亚纳海沟都发现了微塑料。微塑料进入生态循环后，已经与陆地和水生生物群相互作用，并通过食物链中的营养转移传递给各级生物和人类。比如海鲜、海盐、蜂蜜等；所有的海鲜中，贻贝、牡蛎以及扇贝受微塑料污染程度最高。有研究表明，每一克软体动物含有个微塑料微粒，每一克甲壳类动物含有个微塑料微粒，每一克鱼类则含有个微塑料微粒。此外，瓶装水、自来水、被塑料粉尘污染的空气也是人类摄入微塑料；最后医疗设备（比如塑料盐水袋）的使用以及口服药物或塑料注射器的使用都会使人体直接摄入微型塑料。人体接触微塑料的途径人类接触MP/NP的途径主要有口服、吸入、皮肤或其他途径。口服：经口摄入后，微塑料颗粒首先接触肠道粘膜，然后是上皮细胞，大部分的颗粒会被肠粘膜屏障阻止吸收，然而少量，微/纳米颗粒可以穿过肠道屏障，到达体循环；吸入：空气中的MP/NP会直接接触呼吸道，包括粘液层、纤毛周层、纤毛细胞、非纤毛分泌细胞和基底细胞。塑料颗粒可穿透肺组织，在慢性吸入时引起肺部炎症和继发性遗传毒性；纺织工人的肺部发现含有异物（假定为聚酯、尼龙和/或丙烯酸粉尘）的肉芽肿性病变（Pimentel等人，1975年）。皮肤：皮肤的角质层可以阻止小于1纳米的分子透过皮肤，但MP/NP可以通过塑料静脉导管、注射器和其他药物输送系统进入体循环。之所以使用微塑料颗粒用于医药是因为它们被认为是“惰性和生物相容性的”。微塑料产生毒性的可能原因大小和剂量。较小的颗粒可以通过内吞或被动吸收过程吸收，但较大的颗粒通常需要特殊细胞的吞噬作用。通常，颗粒大小和毒性之间存在反比关系。人们认为<10 nm的颗粒可以作为气体材料，很容易进入组织，造成广泛损伤。尺寸减小可促进通过肠道或肺部对微塑料颗粒的吸收，影响细胞。其次，微塑料如果不能顺利代谢掉或排除，在体内积累的量达到一定程度会产生细胞毒性。电荷。微塑料颗粒表面所带的电荷会影响颗粒的吸收和体内转运已经毒性。带阳离子的塑料颗粒比带阴离子的对吞噬细胞表现为更大的毒性。塑料添加剂。塑料添加剂/沥滤液平均占微塑料含量的4%，包括稳定剂、增塑剂、润滑剂、染料和阻燃剂，可能存在毒性问题。比如塑料添加剂种的双酚A、邻苯二甲酸盐和溴化阻燃剂，它们会扰乱内分泌功能。商用PET水瓶在60°C以上的温度下将Sb滤入水中；如果在夏季将瓶子放在汽车和车库内，可以达到的以上温度。颗粒制备过程中使用的表面活性剂可以分解细胞膜或调节细胞表面受体、糖蛋白、蛋白聚糖、信号部分、细胞外基质成分和脂筏的结构和功能。（当然不谈剂量谈毒性就是耍流氓）吸附的污染物。微塑料可以会吸附有机物、重金属或病原体，比如塑料可以是持久性有机污染物（多氯联苯、多环芳烃、滴滴涕）的载体，重金属（Cd、Cr、Cu、Zn、Sb、Al、Br、Hg、As、Sn、Ti、Co、Ba、Mn）或微生物，如致病性弧菌。微塑料的毒性机制在近10年对微塑料的研究中，微塑料对肠道细胞、肺细胞、免疫细胞都有毒性。MP/NP的毒性被认为是由i）膜损伤、ii）氧化应激、iii）免疫反应和iv）遗传毒性引起的。其中，MP/NP的细胞毒性主要归因于膜损伤和氧化应激。微塑料颗粒会破坏质膜。2020年发现聚乙烯纳米颗粒渗透到质膜双层的疏水环境中，并引起结构变化。被内吞的颗粒可以渗透内体溶酶体膜，并与细胞内的细胞器相互作用。在塑料聚合和颗粒加工过程中，以及与生物环境相互作用时，会产生ROS，从而导致细胞应激。参考文献：综述：Banerjee, Amrita; Shelver, Weilin L. (2020).Micro- and Nanoplastic induced cellular toxicity in mammals: A Review. Science of The Total Environment, (), 142518–