Что происходит с микропластиком, когда он попадает в воду? Учёные обнаруживают недооценённый риск для здоровья.

Оранжевый краситель, вода и частицы полистирола. Через десять дней цвет почти исчез: примерно 90% вещества распалось. В других растворителях, использованных в качестве сравнения, наоборот, почти ничего. Это один из экспериментов, с помощью которого группа исследований открыла довольно неприятный факт о микропластике: встречаясь с водой, их поверхность может стать химически активной.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, координированное учёными Колумбийского университета и Калифорнийского университета в Беркли, показывает, что некоторые из самых распространённых пластиков спонтанно образуют активные виды кислорода, в том числе радикалы гидроксила. Очень реакционноспособные молекулы, которые в экспериментах связывались также с повреждениями белков и клеток.

Иными словами, пластик может делать нечто большее, чем просто плавать, накапливаться или переносить вещества на своей поверхности. Уменьшившись до очень мелких фрагментов и погружённый в воду, та же самая поверхность принимает участие в химии, происходящей вокруг.

Что происходит, когда пластик встречается с водой

Исследователи проанализировали шесть широко используемых полимеров: полипропилен (PP), полиэтилен (PE), поливинилхлорид (PVC), полистирол (PS), ПЭТ и ПММА, так называемый Plexiglas. Во всех шести случаях зафиксировано спонтанное образование радикалов, хотя с разной интенсивностью.

Наиболее существенную роль, как кажется, играет гидрофобность — то, насколько поверхность отталкивает воду. Чем гидрофобнее пластик, тем выше была его химическая активность на границе с водой.

И здесь размер имеет довольно большое значение. Когда кусок пластика распадается на фрагменты, экспонированная поверхность существенно возрастает по отношению к объему. Кажущийся стабильным предмет превращается в тысячи или миллионы частиц с гораздо большей поверхностью, контактирующей с окружающей средой.

Молекулярные моделирования, проведённые группой Терезы Хед-Годгон в Беркли, помогают объяснить механизм. Вблизи гидрофобной поверхности пластика организация воды и электрические заряды, присутствующие на интерфейсе, делают перенос электронов энергетически более выгодным. В результате этого процесса могут образоваться радикалы гидроксила, обозначаемые как •OH.

Говоря проще: вода не ограничивается тем, чтобы просто смачивать микропластик. При определённых условиях их встреча создает маленькую химически гораздо более активную зону, чем ожидалось.

Влияние, наблюдаемое на белках и клетках

Самая тонкая часть исследования наступает, когда исследователи попытались понять, что означала эта активность в биологической системе.

Заряженные молекулы склонны накапливаться на поверхности микропластиков. Используя лизоцим в качестве модельного белка, группа наблюдала образование агрегатов рядом с частицами полистирола. При добавлении кофеина, используемого в эксперименте как вещество, способное перехватывать радикалы, агрегация заметно снизилась. Ещё один признак роли, которую играют реактивные виды, образующиеся на поверхности.

Затем подошли красные кровяные тельца мышей. После контакта с некоторыми микропластинами часть клеток изменила форму и выделила гемоглобин, сигнал гемолиза. И вновь степень повреждений достаточно точно следовала за измеряемой химической активностью различных видов пластика.

Это важные результаты, однако границы эксперимента должны быть чётко видны: речь идёт о лабораторных тестах, модельных белках и красных кровяных тельцах мышей. Исследование обнаруживает возможный механизм, посредством которого микропластики могут повредить биологические системы; оно не доказывает, что питьё воды из пластиковой бутылки автоматически вызывает такие эффекты в человеческом организме.

Дозировка, размеры частиц, их поверхность, время экспозиции и то, что происходит с пластмассами в реальном мире, остаются решающими переменными.

Пластик, возможно, придётся проектировать иначе

Открытие тем не менее ставит под вопрос одно очень удобное предположение: считать пластики по сути инертными материалами и сосредотачиваться в первую очередь на веществах, которые они могут транспортировать или высвобождать. Проблема здесь также в самой поверхности.

По словам авторов, понимание того, какие характеристики делают некоторые пластики более реактивными, может помочь в проектировании материалов с менее проблематичными взаимодействиями с водой. Колумбийский университет, представляя исследование, прямо указывает на химию поверхностей как на возможный путь разработки более безопасных пластиков; в статье авторы также заявляют, что университет подал предварительную заявку на патент по данной работе.

Еще предстоит пройти немало пути между контролируемым экспериментом и новым поколением бутылок, контейнеров или упаковок. Но одно сейчас сложно принять как само собой разумеющееся: когда пластик становится достаточно маленьким и встречает воду, он может оказаться намного менее пассивным, чем кажется на первый взгляд.