Микропластик в обычной воде проявляет химическую активность

Микропластик, распавшийся на мелкие частицы, способен вступать в химические реакции с водой и порождать высокоактивные частицы, которые потенциально опасны для живых клеток. Об этом сообщили исследователи Колумбийского университета и Калифорнийского университета в Беркли, обнаружившие ранее неизвестный механизм химической активности распространённых пластиков.

Что известно

Полиэтилен, полипропилен и другие полимеры долгое время считались относительно инертными, то есть слабо реагирующими в обычных условиях. Новая работа показала, что при измельчении пластика до микроскопических размеров картина меняется: граница между пластиком и водой становится зоной химических процессов, которые могут влиять на окружающие молекулы.

Учёные исследовали шесть видов пластика: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и полиметилметакрилат. С помощью флуоресцентной микроскопии и химических индикаторов они зафиксировали образование активных форм кислорода у поверхности частиц всех шести материалов.

Особое внимание было уделено гидроксильным радикалам (•OH), которые способны окислять органические молекулы. Их образование наблюдалось при контакте микропластика с водой в обычных лабораторных условиях, без предварительного ультрафиолетового облучения и сильного нагрева.

Интенсивность процесса зависела от состава полимера. Наиболее выраженной активность оказалась у полиэтилена и полипропилена, а полиэтилентерефталат и полиметилметакрилат проявляли заметно более слабый эффект.

Как это работает

Когда крупный пластиковый предмет распадается на множество фрагментов, общая площадь его поверхности по отношению к объёму резко возрастает. Значит, гораздо большая часть полимера напрямую контактирует с водой и растворёнными в ней веществами.

Для объяснения необычного поведения исследователи применили компьютерное моделирование молекулярных взаимодействий и квантово-химические расчёты. По их данным, ключевую роль играет гидрофобность поверхности, то есть её способность отталкивать воду.

Вблизи такого пластика молекулы воды выстраиваются в структуру водородных связей, отличную от характерной для основного объёма жидкости. На границе раздела возникают электрические поля, которые, согласно расчётам, облегчают гидроксид-ионам (OH⁻) отдачу электрона. Это создаёт условия для появления гидроксильных радикалов, а чем более гидрофобна поверхность, тем сильнее выражена реакция.

Эксперименты подтвердили эту связь. Добавление поверхностно-активного вещества, которое меняет взаимодействие полистирола с водой, заметно снижало интенсивность реакций. Таким образом, источником активности необязательно становится разложение самого пластика или выход содержащихся в нём добавок: значительную роль могут играть физико-химические процессы на границе полимера и воды.

Почему это важно

По данным исследователей, работа меняет представление о пластиках как об инертных материалах. По их данным, микропластик может создавать условия для появления высокоактивных частиц уже в обычной воде, без внешних воздействий. Это важно для оценки того, как микропластик ведёт себя в природных водоёмах.

Учёные также проверили, способны ли обнаруженные процессы влиять на биологические молекулы. Это ключевой вопрос для оценки потенциальной опасности для живых клеток, которую авторы упоминают как возможную, а не доказанную.

Что дальше

Конкретных следующих шагов исследователи в описании работы не назвали. Из сообщений известно лишь, что после выявления механизма на модельных системах они перешли к проверке влияния процессов на биологические молекулы, а уточнение масштабов явления и его последствий для живых организмов остаётся предметом дальнейших исследований.