大连理工大学谭峰教授团队EH：光老化在胃肠道条件下促进 PLA-PBAT 可生物降解塑料释放有毒的微纳米塑料

文摘 2025-01-20 17:21 浙江

大连理工大学谭峰教授团队最新论文“Photoaging Promotes Toxic Micro/Nanoplastics Release from PLA/PBAT Biodegradable Plastic in Gastrointestinal Condition”发表于Environment & Health。该研究聚焦可降解塑料聚（乳酸）/聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯（PLA/PBAT ）薄膜，探究其在光老化后于胃肠道环境中微纳米塑料（MNPs）的释放情况、相关机制及细胞毒性，发现光老化会使可降解塑料PLA/PBAT 薄膜释放 MNPs，在胃肠道环境中释放量增加，且这些 MNPs 具有一定细胞毒性。

塑料制品因优良性能和成本效益在各领域广泛应用，但塑料垃圾回收处置不足，致使塑料在环境中大量累积并逐渐破碎成微塑料（<5mm）和纳米塑料（<100nm或<1μm），对生物和环境构成潜在威胁。在此背景下，可降解塑料被视为缓解塑料污染的有效途径，其使用日益普遍。不过，塑料产品在使用过程中会发生光老化，这有利于微纳米塑料（MNPs）的产生和释放，且MNPs主要通过胃肠道摄入进入人体。目前，关于光老化的可降解塑料在胃肠道条件下MNPs的释放情况以及相关毒理学影响尚不明确。本研究旨在探究可降解PLA/PBAT薄膜的UV老化行为、机制，以及相关生物风险，为评估可降解塑料的安全性提供依据。

在此，我们发现聚乳酸/聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（PLA/PBAT）薄膜经紫外线光老化后，表面粗糙度增加，表面MNPs数量增多。这种老化过程涉及碳和氧中心自由基的产生、链断裂以及含羟基和羰基氧化产物的形成。这些MNPs在水剪切力作用下会释放出来，使老化薄膜的归一化质量损失显著增加至约0.128mg/cm²（是未老化薄膜在水中的18倍）。在胃肠道环境中，归一化质量损失进一步增加到约0.196mg/cm²（是未老化薄膜的28倍），这可能是由于潜在的酶消化和离子溶胀效应。这些MNPs主要由PLA组成，在胃肠道条件下尺寸更小且带更多负电荷。在THP-1细胞模型中，这些MNPs以剂量依赖的方式影响细胞活力。通过超滤收集的MNPs比通过离心收集的MNPs尺寸分布更宽，对THP-1细胞的毒性更明显，其半数有效浓度（EC₅₀）为243mg/L。初步对比分析表明，PLA/PBAT衍生的MNPs的毒性风险与传统塑料MNPs相当甚至更大。这些发现凸显了可降解塑料的潜在危害。

图 1.长时间的紫外线照射会加剧 PLA/PBAT 薄膜的光老化。

图 6.MNP 生成和追踪分析。水和胃肠道环境中光老化胶片释放的 MNP 的流体动力学直径（A）和ζ电位（B）;表 S3 中提供了相应的数值数据。在超纯水（C）和模拟胃肠道消化液（F）处理下老化 15 d 后从胶片中释放的 MNP 的显微图像。水环境中老化薄膜释放的 MNP 的 AFM-IR 形貌（D）和纳米红外光谱（E）。在模拟胃肠道消化环境中，老化薄膜释放的 MNP 的 AFM-IR 形貌（G）和纳米红外光谱（H）。表 S1 中详细介绍了相应的峰值匹配。

附：微塑料分析方法

用多种仪器对薄膜和MNPs进行表征，如用激光共聚焦显微镜（CLSM）观察薄膜表面形态和粗糙度，用原子力显微镜（AFM）分析微区形态，用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和原子力显微镜红外光谱（AFM-IR）分析化学官能团等。

Wu, X., Zhang, H., Chen, J., Tan, F., Cai, R., & Wang, Y. (2025). Photoaging Promotes Toxic Micro/Nanoplastics Release from PLA/PBAT Biodegradable Plastic in Gastrointestinal Condition. *Environment & Health*, [volume], [pages]. https://doi.org/10.1021/envhealth.4c00209

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