Коллектив ученых, куда вошли специалисты НовГУ, 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. Ни те, ни другие частицы не оказывают влияния на эпителиальные клетки кишечника человека.
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. Ученые 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 ученые выяснили из чего сделаны эти 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.
Затем ученые смоделировали процесс заваривания чая, поместив пакетики в воду при разных температурах (20, 50 и 100 градусов Цельсия). Концентрация выделяемых мелких частиц (их размер не превышал одного микрона) менялась с ростом температуры и временем заваривания. С помощью трекинг-анализа наночастиц ученые 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. Первые (пакетики-пирамидки) продемонстрировали чрезвычайную устойчивость к разложению. Попав в воду, они не исчезали и даже немного увеличивались в размере. Их можно было обнаружить в воде спустя 10 суток. Ученые не сумели их растворить даже с помощью специальной 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 пакетиков из целлюлозы (плоские пакетики). 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.
Почему же частицы – синтетические и природные – почти не увеличивались в размере, не слипались и не оседали на дно? Оказалось, что все они несут на своей поверхности отрицательный заряд, который создает 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 ученые 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 (печени, почках и других) 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 ее.
– Но полимерные частицы (полимерный микропластик) могут связывать токсичные вещества из окружающего раствора. К таким веществам относятся водорастворимые полимеры с катионными группами (источники положительно заряженных ионов — прим. НовГУ), которые широко используются в водоочистке и водоподготовке. Наличие катионных групп придает поликатионам (длинным полимерным цепям с множеством положительных зарядов — прим. НовГУ) 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, – рассказал Александр Ярославов.
Полученные результаты внушают оптимизм. Более уверенные выводы о влиянии полимерных наночастиц на живые организмы можно будет сделать после проведения экспериментов с клетками других типов и экспериментальными животными. А пока не следует забывать о возможности использовать для заваривания традиционный листовой чай без полимерных добавок. И, на всякий случай, отдавать предпочтение плоским целлюлозным, а не синтетическим «пирамидкам».
Источник: https://www.novsu.ru/university/press/news/238848/
![Микропластик в воде и пище: [не]осведомленность](/upload/iblock/3a0/h99p373wv55ur266lw4qbbegvp6f8033.jpg)
