Автор: Пуджа Тошнивал Пахари 15 октября 2026 г.
Автор: Суша Чериедат, доктор медицинских наук,
Исследователи исследуют, что происходит, когда обычные пластмассы вступают в контакт с водой, - от микроскопических поверхностных зарядов до экспериментов с белками и клетками крови.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature, продемонстрировало, что обычные микропластики проявляют внутреннюю физико-химическую активность в воде. На границе раздела микропластик–вода спонтанно образуются активные формы кислорода (АФК), включая гидроксильные радикалы (•OH), причем образование радикалов продолжается с течением времени. Образование радикалов также увеличивается при повышении гидрофобности поверхности. Эта поверхностная активность может помочь объяснить, как микропластики взаимодействуют с белками и другими биомолекулами, потенциально влияя на структуру белков и здоровье клеток.
Пластмассы широко используются из-за их химической стойкости и долговечности. Фрагменты размером менее 5,0 мм, известные как микропластики, вызывают обеспокоенность по поводу состояния окружающей среды и здоровья человека. Лабораторные исследования связывают воздействие микропластика с клеточным стрессом, воспалением и цитотоксичностью, в то время как наблюдательные исследования выявили связь с сердечно-сосудистыми проблемами, нарушениями репродуктивной функции, неврологическими заболеваниями и воспалительными заболеваниями кишечника. Эти данные не устанавливают причинно-следственную связь. Их обнаружение в тканях человека и образцах окружающей среды подчеркивает необходимость понимания их потенциального воздействия.
Об исследовании
В настоящем исследовании ученые исследовали, действительно ли микропластики инертны, изучив, как шесть распространенных пластмасс взаимодействуют с водой: полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС), полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полиметилметакрилат (ПММА).
С помощью моделирования молекулярной динамики и первоначальных расчетов были изучены взаимосвязи между химическим составом поверхности микропластика и межфазной водой. Расчеты энергии вертикальной ионизации (VIE) позволили оценить энергию, необходимую гидроксид−ионам (OH-) для потери электрона и образования •OH, в то время как спектроскопия электронного спинового резонанса (ESR) обнаружила радикалы, генерируемые микропластиками PS в воде, используя 5,5-диметил-1-пирролин-N-оксид (DMPO) в качестве радикальная ловушка.
Команда использовала аминофенилфлуоресцеин (APF) и конфокальную микроскопию для визуализации образования •OH на поверхностях PS. Было добавлено поверхностно-активное вещество Triton X–100, чтобы оценить, влияет ли изменение границы раздела микропластик-вода на образование радикалов. Исследователи оценили поверхностный заряд PS с помощью электрофоретических измерений дзета-потенциала, которые показывают электрический потенциал вблизи поверхности частиц, и использовали флуоресцентный краситель Родамин 800 (Rh800) для визуализации эффектов межфазного заряда, в то время как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия оценивала чистоту поверхности. Опубликованные значения угла контакта с водой были использованы для изучения взаимосвязи между гидрофобностью и активностью на поверхности раздела фаз, обнаруженной с помощью APF.
Чтобы изучить изменения в структуре белка, исследователи отслеживали агрегацию лизоцима с помощью флуоресцентного красителя тиофлавина T (ThT). Чтобы выяснить, способствуют ли этому процессу свободные радикалы, образующиеся на пластиковых поверхностях, был добавлен кофеин - поглотитель радикалов. В отдельном эксперименте красные кровяные тельца (эритроциты), полученные от мышей, подвергали воздействию различных микропластиков для оценки их гемолитической активности.
Результаты
Эксперименты выявили образование радикалов на границе раздела микропластик–вода, а измерения флуоресценции показали большую активность на более гидрофобных поверхностях. Расчеты Ab initio подтвердили эту взаимосвязь, предполагая, что частичная сольватация и электростатика снижают энергию ионизации гидроксидов на более гидрофобных поверхностях. Близлежащие акцепторы электронов, включая растворенный кислород, могут способствовать протеканию предполагаемых реакций образования радикалов. ПММА, наиболее гидрофильный из протестированных полимеров, продемонстрировал самую низкую активность на поверхности раздела фаз, в то время как полиэтилен демонстрировал более отрицательный дзета-потенциал и большую популяцию низкокалорийных полимеров.
Метиловый оранжевый разлагается почти на 90% в течение 10 дней в воде, содержащей микропластики PS, при непрерывном перемешивании, при этом раствор меняется со светло-желтого на почти бесцветный. Такого разложения не наблюдалось в других распространенных растворителях. Флуоресценция, локализованная на поверхности, со временем усиливалась, поддерживая продолжающееся образование •OH на границе раздела PS-вода, что может объяснить деградацию метилового оранжевого.
В воде и 1,0 мм растворе NaCl микропластики PS показали сильно отрицательный дзета-потенциал, что свидетельствует о накоплении отрицательного заряда на границах раздела. Обогащение Rh800 дополнительно способствовало разделению зарядов вблизи поверхностей частиц. При концентрации поверхностно-активного вещества 0,1% генерация АФК, обогащение Rh800 и локальная флуоресценция APF заметно снижались. Дзета-потенциал также смещался к нулю, что указывает на изменение свойств поверхности раздела.
Все шесть типов микропластиков показали признаки спонтанного образования радикалов, хотя ПП и ПЭ были более реакционноспособными, чем ПММА и ПЭТ, что согласуется с различиями в гидрофобности полимеров. В дополнение к олигомерам дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) на поверхностях микропластика накапливаются биомолекулы, несущие положительный заряд, такие как агглютинин зародышей пшеницы (WGA), и молекулы с отрицательным зарядом, включая R-фикоэритрин (R-PE). Это накопление было больше на более гидрофобных частицах полипропилена, чем на частицах ПММА. Адсорбция поверхностно-активных веществ еще больше изменила способ взаимодействия этих биомолекул с пластиковыми поверхностями.
По мере продвижения эксперимента флуоресценция вокруг частиц PS усиливалась, когда в забуференном растворе присутствовал лизоцим, что свидетельствует о слипании белка. Этот эффект был менее выражен после добавления кофеина, что подтверждает возможный вклад свободных радикалов, образующихся на поверхности пластика. Покрытие Triton X-100 также подавляло изменения флуоресценции, связанные с агрегацией белков. Эффекты различались у разных типов пластмасс, причем полиолефины проявляли большую склонность к агрегации белков, чем ПММА и ПЭТ, что согласуется с различиями в их межфазной активности.
Воздействие частиц PS приводило к тому, что у некоторых эритроцитов мышей образовывались шлемовидные фрагменты (шистоциты). Степень гемолиза у разных пластиков различалась и коррелировала с реактивностью их поверхности. В этих лабораторных экспериментах не было установлено, что образование радикалов непосредственно вызывало наблюдаемое повреждение клеток. В совокупности эти эксперименты показывают, что процессы на границе раздела микропластик–вода могут влиять на биомолекулярную адсорбцию и способствовать агрегации белков и повреждению клеток.
Выводы
Полученные данные свидетельствуют о том, что микропластики могут вызывать химические реакции на поверхности раздела фаз, которые могут повредить клетки и биомолекулы, что ставит под сомнение предположение о том, что пластмассы инертны. Фрагментация увеличивает площадь поверхности, подверженной воздействию воды, что потенциально усиливает реакции на гидрофобных поверхностях, что имеет значение для исследований в области окружающей среды, биомедицины и материалов. Исследование выявило потенциально упущенный из виду механизм нанесения вреда, связанного с микропластиком, и дало представление о химическом составе воды на поверхности раздела фаз, что могло бы послужить основой для разработки более безопасных и экологичных материалов. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, вносят ли эти реакции существенный вклад в развитие заболеваний человека при типичных уровнях воздействия.
Источник:
Ссылка на журнал:
Qian, N., Zhao, R., Chan, K.Y. и др. (2026). Внутренняя физико–химическая активность на границе раздела микропластик-вода. Nature, 658, 650-657. DOI: 10.1038/s41586-026-11141-у, https://www.nature.com/articles/s41586-026-11141-y
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся