![]()
CEJ：聚乙烯涂层纸杯中亚纳米塑料的纳米孔检测及其炎症反应分析
在该研究中，将超纯水倒入PE涂层纸杯中获得的溶液中，采用纳米孔传感技术对溶液中的塑料颗粒进行无标签检测和表征。鉴于α -溶血素(αHL)在以往的研究中已被用于分析非离子聚合物PEG的大小和形状，在本研究中利用αHL来检测αHL中孔径小于1.4 nm的塑料颗粒。将αHL插入到脂质双分子层中，可以检测到从纸杯中浸出的小于αHL孔的颗粒，以及堵塞αHL孔的塑料颗粒。这是通过使用超低电流测量设备实现的。此文使用了一种方法来确定塑料颗粒插入到脂质双分子层，涉及测量脂质双分子层厚度的变化。结果表明，在αHL中存在比αHL孔径更小的亚纳米/纳米级塑料颗粒，这些颗粒足够小，可以堵塞或穿过αHL的孔隙。亚纳米级的塑料颗粒对脂质双分子层有轻微的凝结倾向，而纳米级或微级的塑料颗粒对脂质双分子层的厚度有明显的增加。此外，细胞实验表明，亚纳米尺寸的塑料颗粒，类似于纳米或微尺寸的塑料，可以诱导巨噬细胞中炎症细胞因子白细胞介素-6的表达。
![]()
图1（电流的变化取决于从纸杯中滤出的塑料颗粒的大小和形状。）
作者使用纳米孔传感法来检测无标签的亚纳米尺寸塑料颗粒。此检测方法基于相似尺寸或小于αHL孔径的颗粒在存在时对电流阻断的影响，能够分析颗粒的大小和形状。αHL是一种用于纳米孔传感的孔蛋白。当孔是开放的时，在保持电位下会观察到恒定电流，除非存在可以阻断电流的小分子（图1A）。略小于孔径的颗粒可以物理进入αHL的孔并被困住。在这种状态下，由于颗粒的振动，孔在短时间间隔内（约10毫秒）反复关闭和打开。从纸杯中浸出的颗粒也表现出这种行为（图1B）。这种行为也可以在足够长的塑料颗粒中观察到。此外，样品中存在阻塞孔内部的非典型颗粒（图1C）。αHL孔径以下的分子存在时会暂时阻断部分电流，效果与颗粒大小成正比。这会导致电流降低的峰值。此外，从纸杯中浸出的样品中检测到小于αHL孔的塑料颗粒（图1D）。
![]()
图2（本文介绍了用αHL对纸杯中沸水和室温水样品溶液进行纳米孔检测的结果。）
对于从纸杯中洗脱的塑料颗粒的定量分析，每分钟通过1 αHL的分子数与水温有关。在一个装有沸水的纸杯中，可以通过αHL孔的颗粒比在RT水中检测到的多1.8倍(图2A)。尺寸分布略有不同，但在两个结果中，0.45-0.55 nm范围内的尺寸最多。对于煮沸的样品，0.45至0.5 nm之间的颗粒约占总数的24%，而对于RT样品，0.5至0.55 nm之间的颗粒约占总数的19%(图2B)。PE不带电，因此不与纳米孔相互作用，通过被动扩散移动，导致停留时间与其尺寸成正比(图2C)。
![]()
研究通过纳米孔传感法和3 kDa离心过滤器检测并回收了从纸杯中浸出的亚纳米尺寸塑料颗粒。研究确认这些塑料颗粒主要为聚乙烯（PE），具有非典型形状。实验发现，亚纳米和纳米尺寸的PE颗粒会嵌入脂质双层的疏水核心，导致脂质双层厚度变化，小于1纳米的颗粒会稍微减小厚度，而大于1纳米的颗粒会使厚度随浓度增加而增加。这种嵌入改变了细胞膜的脂质动态，可能引起细胞功能障碍，暗示这些颗粒对健康存在潜在风险。
![]()
图4（IL-6酶联免疫吸附试验采用PE珠处理RAW264.7细胞，过滤样品，保留样品，每剂量200 μL孔。）
研究将从纸杯中浸出的塑料颗粒分为两种不同尺寸：小于1纳米的滤过颗粒和1至747.6纳米的保留颗粒，并通过3 kDa过滤器进行分离。通过在小鼠巨噬细胞RAW 264.7中测量关键炎症因子IL-6的表达水平，研究了不同尺寸颗粒引发的炎症反应。结果表明，滤过颗粒和保留颗粒在高于2.5 μg/mL浓度时均显著增加了IL-6水平，且浓度越高，IL-6表达越显著。与免疫刺激剂LPS相比，塑料颗粒引发的IL-6水平更高。研究还发现，亚纳米颗粒由于其更大的表面积和被动扩散特性，较易被细胞吸收，引发炎症反应，而纳米颗粒则主要通过主动运输途径进入细胞。这表明不同尺寸的塑料颗粒通过不同的运输途径触发炎症反应，对健康构成潜在风险。
纸杯是我们日常生活中最方便的产品之一，但PE涂层防水是必要的。从装有饮料的杯子中滤出的纳米或微型塑料颗粒可以通过饮用立即被人体吸收，因此它们会继续存在于人体中，引起炎症等问题。纳米孔检测方法发现，纸杯中有亚纳米级的塑料颗粒被浸出，这是传统检测方法无法检测到的。测量了颗粒的大小和浓度。除了先前发现纸杯中的PE纳米或微尺寸塑料颗粒会引起炎症反应外，本研究中发现的亚纳米尺寸塑料颗粒也可能引发炎症反应。这些亚纳米塑料颗粒的存在引起了人们对其对人类健康的潜在影响的担忧，因为它们体积小，可以更容易地穿透生物屏障，导致与其他尺寸的PE微塑料类似的炎症反应。
文章回顾
=》Environmental Research：新冠疫情大流行的环境影响：在周围环境影响下口罩释放出的微塑料、有机污染物和微量金属
=》富铁水生环境中溶解有机物介导的微塑料光老化机制
