Коллектив учёных, куда вошли специалисты Новгородского университета, выяснил, что при заваривании чайных пакетиков в воду выделяются миллиарды полимерных микро- и наночастиц. Пирамидки, сделанные из синтетических материалов, при этом не растворяются в воде, а плоские пакетики из натуральной целлюлозы со временем распадаются.
В исследовании приняли участие директор Центра проблем микропластика НовГУ Хосе Мария Кенни и специалисты лаборатории моделирования полимеров НовГУ: главный научный сотрудник Александр Ярославов, старший научный сотрудник Анна Ефимова, младший научный сотрудник Анастасия Бадикова, заведующий лабораторией Сергей Люлин.
То, что чайные пакетики выделяют в воду полимерные частицы, было известно и раньше. Учёные НовГУ не только подтвердили эти результаты, но и впервые изучили поведение этих частиц во времени. Кроме того, они исследовали влияние этих частиц на эпителиальные клетки кишечника человека.
Для экспериментов были использованы восемь типов чайных пакетиков от различных производителей. В качестве первого шага учёные выяснили, из чего сделаны пакетики. С помощью инфракрасной спектроскопии и калориметрических методов были обнаружены полимеры двух типов: синтетические нейлон и полипропилен в пакетиках-пирамидках и натуральная целлюлоза в плоских пакетиках.
Учёные помещали пакетики в воду при разных температурах – 20, 50 и 100 градусов. Концентрация выделяемых мелких частиц, размер которых не превышал одного микрона, менялась с ростом температуры и временем заваривания. С помощью трекинг-анализа наночастиц сотрудники вуза выяснили, что всего за час из одного пакетика в воду перешли миллиарды таких частиц. Концентрация их могла достигать 14 миллиардов на литр для синтетических пакетиков и 170 миллиардов для целлюлозных.
Наблюдение за полученными растворами во времени показало, что поведение частиц из синтетических полимеров и природной целлюлозы существенно различается. Пакетики в форме пирамиды продемонстрировали чрезвычайную устойчивость к разложению. Попав в воду, они не исчезали и даже немного увеличивались в размере. Их можно было обнаружить в воде и спустя 10 суток. Их не сумели растворить даже с помощью ферментной смеси Морикраза, способной расщеплять химические связи. Это может означать, что в окружающей среде и в организме человека такие компоненты могут оставаться долгое время.
Другая картина наблюдалась в отношении плоских пакетиков из целлюлозы. Несмотря на то, что изначальная их концентрация в воде была выше, чем синтетических, эти частицы постепенно уменьшались в размере и через 7-9 дней их уже нельзя было зарегистрировать. Добавление Морикразы ускорило разложение целлюлозных частиц. Таким образом, целлюлозные частицы оказались недолговечными и не оставляли после себя долговременного следа.
Синтетические и природные частицы почти не увеличивались в размере, не слипались и не оседали на дно, потому что все они несут на своей поверхности отрицательный заряд, который создаёт на ней так называемый «электростратический барьер», отталкивающий частицы друг от друга. Это и есть причина стабильности полимерных частиц в водном окружении.
Для оценки токсичности полимерных частиц учёные использовали модельные объекты – клетки кишечного эпителия человека линии Caco-2. Оказалось, что даже при максимальных концентрациях ни синтетические, ни целлюлозные частицы не показали цитотоксичности – выживаемость клеток сохранялась на уровне 100%.
Обычно считается, что крупные полимерные частицы размером сотни микрон и выше, которые не содержат примесей, – малотоксичные объекты. Уменьшение размера частиц повышает их токсичность, примеси усиливают этот эффект. Можно ожидать, что такие же закономерности будут определять поведение микропластика в живом организме.
Для количественного описания накопления частиц из чайных пакетиков в отдельных органах, – например, печени или почках – требуется проведение дополнительных исследований.
Инертность полимерных частиц может быть связана с их отрицательным поверхностным зарядом. Дело в том, что мембраны клеток также заряжены отрицательно, поэтому частицы, выделившиеся из чайных пакетиков, не взаимодействуют с поверхностью клеток и не повреждают её.
– Но полимерные частицы могут связывать токсичные вещества из окружающего раствора, – рассказал Александр Ярославов. – К таким веществам относятся водорастворимые полимеры с катионными группами, которые широко используются в водоочистке и водоподготовке. Наличие катионных групп придает поликатионам высокий положительный заряд, что делает их токсичными по отношению к микроорганизмам, в том числе полезным. Связывание поликатионов на поверхности отрицательно заряженных частиц микропластика превращает эти частицы в токсичные. Используя модельные отрицательно заряженные полимерные микросферы, мы показали, что поликатион может мигрировать между частицами микропластика.
Полученные результаты внушают оптимизм, считают в НовГУ. Более уверенные выводы о влиянии полимерных наночастиц на живые организмы можно будет сделать после проведения экспериментов с клетками других типов и экспериментальными животными.
Теги: Великий Новгород, НовГУ, наука, чай, микропластик, кишечник, здоровье, чайный пакетик
