Микропластик в воде может быть не просто пассивным загрязнителем: исследователи зафиксировали образование на его поверхности гидроксильных радикалов — крайне реакционноспособных молекул, способных повреждать белки, липиды и ДНК. Для IT-аудитории это ещё один неприятный пример того, как «инертный» материал в реальной среде ведёт себя сложнее, чем предполагает спецификация.
Работу группы химика Вэя Миня из Колумбийского университета пересказывает Ars Technica. Учёные проверили шесть массовых видов пластика: полиэтилен, полипропилен, полистирол, ПВХ, PET и акрил. Каждый из них в воде давал радикалы, но активность различалась: наиболее гидрофобные полиэтилен и полипропилен оказались самыми активными, а PET и акрил — наименее.
Исследование опубликовано в Nature и не утверждает, что найденный эффект уже объясняет болезни у людей. Это важная оговорка: микропластик находили в питьевой воде, крови, артериях и тканях мозга, однако причинно-следственная связь между такими находками и конкретными заболеваниями пока не доказана. Новая работа добавляет правдоподобный химический механизм, который теперь нужно проверять на реалистичных дозах, размерах частиц и живых организмах.
Первый опыт был почти школьным по форме, но не по выводу. Авторы смешали порошок полистирола с водой и метиловым оранжевым — красителем, который разрушается при контакте с активными формами кислорода. За десять дней раствор потерял почти 90% красителя. В этаноле и других растворителях краситель оставался стабильным, что указало на роль именно воды в этой реакции.
Затем команда применила электронный парамагнитный резонанс, позволяющий напрямую обнаруживать радикалы, и флуоресцентный сенсор для гидроксильных радикалов. Сигнал концентрировался у поверхности пластиковых частиц и усиливался со временем. То есть речь идёт не о равномерном «отравлении» всего объёма воды, а о локальной химии на границе воды и пластика.
Авторы связывают эффект с тем, как вода упорядочивается рядом с водоотталкивающей поверхностью. В обычной воде молекулы поддерживают сеть водородных связей. У поверхности гидрофобного пластика часть этих связей нарушается, а молекулам и ионам требуется меньше энергии для превращений, ведущих к образованию радикалов. Дополнительным фактором может быть отрицательный электрический заряд, который пластиковые поверхности приобретают в воде.
Проверка на биологических объектах дала тревожный, но пока лабораторный результат. Белок лизоцим у поверхности пластика начинал агрегировать; кофеин, способный связывать радикалы, во многом подавлял этот эффект. Эритроциты мышей при контакте с частицами полистирола разрушались, причём сила повреждения коррелировала с количеством образовавшихся радикалов. Эффект сохранялся и в сыворотке крови.
Команда отдельно пыталась исключить банальное загрязнение образцов. Она использовала несколько независимых методов измерения и добавляла поверхностно-активное вещество, покрывающее пластик. Чем больше было такого вещества, тем слабее становился заряд поверхности и тем меньше возникало радикалов. При этом исследователи не заявляют о стопроцентном исключении примесей — корректная степень уверенности для работы, которая лезет в спорную область микрокапельной химии.
Практическая деталь: испытания проводили в основном на свежих лабораторных порошках. У состарившихся частиц с окисленной поверхностью сигнал был слабее, но старение пластика неоднородно: частицы в окружающей среде отличаются возрастом, составом и историей контактов. Не изучали и влияние размера. Это критично, поскольку при той же массе наночастицы дают гораздо большую суммарную площадь поверхности, а значит, потенциально больше участков для межфазной реакции.
Микропластик в воде в этой модели опасен прежде всего там, где частица непосредственно соприкасается с молекулой или клеткой: уже в нескольких микронах от границы эффект резко ослабевает. Следующий вопрос — не «есть ли радикалы», а как их вклад соотносится с обычным окислительным стрессом организма и реальными уровнями воздействия. Если механизм подтвердится, у производителей появится ещё один критерий материаловедения: делать полимеры и покрытия менее гидрофобными. Детали исследования и его ограничения можно сверить в публикации .