میکروپلاستیک‌ها و نانوپلاستیک‌ها مدت‌هاست به‌عنوان یکی از نگرانی‌های مهم زیست‌محیطی و سلامت انسان مطرح هستند. اکنون پژوهشی جدید از سوی دانشمندان دانشگاه کلمبیا و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، سازوکار شیمیایی دیگری را بررسی کرده است که می‌تواند به درک بهتر اثرات این ذرات کمک کند. بر اساس یافته‌های گزارش‌شده، سطح ذرات پلاستیکی در تماس با آب می‌تواند در واکنش‌های شیمیایی مشارکت کند و به شکل‌گیری گونه‌های فعال اکسیژن منجر شود؛ مولکول‌هایی که در شرایط مشخص توانایی آسیب‌رساندن به سلول‌ها را دارند.
اهمیت این یافته در آن است که خطرات احتمالی پلاستیک‌های بسیار ریز ممکن است تنها به حضور فیزیکی ذرات در بافت‌ها یا مواد شیمیایی افزوده‌شده به آنها محدود نباشد. تعامل سطح پلاستیک با محیط آبی نیز می‌تواند در واکنش‌پذیری آن نقش داشته باشد. بااین‌حال، باید توجه داشت که مشاهده یک سازوکار شیمیایی در آزمایشگاه به‌تنهایی ثابت نمی‌کند که میکروپلاستیک‌ها در بدن انسان حتماً موجب بیماری مشخصی می‌شوند. برای تعیین میزان خطر واقعی، به پژوهش‌های تکمیلی و شواهد انسانی بیشتری نیاز است.
میکروپلاستیک و نانوپلاستیک چیست؟
میکروپلاستیک‌ها ذرات کوچک پلاستیکی هستند که معمولاً اندازه آنها کمتر از پنج میلی‌متر است. نانوپلاستیک‌ها از این هم کوچک‌ترند و در مقیاس نانومتری قرار می‌گیرند. این ذرات می‌توانند بر اثر فرسایش و خردشدن محصولات پلاستیکی یا در جریان تولید و استفاده از مواد پلیمری ایجاد شوند.
منابع احتمالی ورود آنها به محیط‌زیست شامل فرسودگی بسته‌بندی‌ها، الیاف جداشده از لباس‌های مصنوعی، سایش تایرها، پسماندهای پلاستیکی و برخی فرایندهای صنعتی است. ذرات ریز پلاستیکی ممکن است وارد آب، خاک، هوا و زنجیره غذایی شوند و از مسیرهای مختلف در معرض بدن انسان قرار بگیرند.
اندازه بسیار کوچک این ذرات، بررسی رفتار آنها را دشوار می‌کند. ویژگی‌هایی مانند نوع پلیمر، شکل ذره، سطح تماس، مواد افزودنی، میزان فرسودگی و شرایط محیطی می‌توانند بر نحوه تعامل آنها با محیط زیستی اثر بگذارند. به همین دلیل، نمی‌توان تمام انواع میکروپلاستیک‌ها را از نظر شیمیایی و زیستی یکسان دانست.
چرا کوچک‌شدن پلاستیک می‌تواند اهمیت شیمیایی داشته باشد؟
یکی از مفاهیم کلیدی در پژوهش جدید، نسبت سطح به حجم است. هنگامی که یک قطعه پلاستیک به ذرات کوچک‌تر تقسیم می‌شود، مجموع سطح در دسترس آن نسبت به حجم ماده افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه، بخش بیشتری از پلیمر در تماس مستقیم با آب و مواد موجود در محیط قرار می‌گیرد.
این تغییر می‌تواند بر واکنش‌های سطحی، جذب مولکول‌ها و تعامل پلاستیک با مواد شیمیایی تأثیر بگذارد. بنابراین، خردشدن یک ماده پلیمری صرفاً به معنای کوچک‌شدن اندازه آن نیست؛ بلکه ممکن است شرایط واکنش‌پذیری سطحی آن را نیز تغییر دهد.
بااین‌حال، افزایش نسبت سطح به حجم به‌تنهایی به معنای سمی‌شدن قطعی تمام ذرات پلاستیکی نیست. میزان واکنش‌پذیری به ساختار شیمیایی پلیمر، وضعیت سطح، شرایط محیط و نوع موادی بستگی دارد که با ذره تماس پیدا می‌کنند. پژوهش‌های آزمایشگاهی تلاش می‌کنند این عوامل را از یکدیگر تفکیک کنند تا سازوکارهای احتمالی آسیب بهتر شناخته شوند.
گونه‌های اکسیژن فعال چیستند و چگونه به سلول‌ها آسیب می‌زنند؟
گونه‌های اکسیژن فعال (Reactive Oxygen Species یا ROS) مجموعه‌ای از مولکول‌ها و ترکیبات واکنش‌پذیر حاوی اکسیژن هستند. برخی از آنها به‌طور طبیعی در فرایندهای سلولی تولید می‌شوند و در پیام‌رسانی سلولی و دفاع بدن نقش دارند. مشکل زمانی ایجاد می‌شود که تولید این ترکیبات از توان سامانه‌های دفاع آنتی‌اکسیدانی بدن فراتر برود یا در محل و شرایط نامناسب افزایش یابد.
افزایش کنترل‌نشده گونه‌های اکسیژن فعال می‌تواند به وضعیتی موسوم به «استرس اکسیداتیو» منجر شود. در این شرایط، مولکول‌های حساس در سلول، از جمله چربی‌های غشای سلولی، پروتئین‌ها و مواد ژنتیکی، ممکن است آسیب ببینند.
برخی از گونه‌های اکسیژن فعال واکنش‌پذیری بسیار بالایی دارند و می‌توانند در واکنش‌های شیمیایی مختلف شرکت کنند. به همین دلیل، پژوهشگران بررسی می‌کنند که آیا سطوح ذرات میکروپلاستیکی و نانوپلاستیکی می‌توانند در شرایط محیطی مشخص، تشکیل این ترکیبات را تسهیل کنند یا خیر.
نکته مهم آن است که وجود گونه‌های اکسیژن فعال همیشه نشانه آسیب نیست؛ این ترکیبات در فعالیت طبیعی سلول‌ها نیز نقش دارند. برای تعیین خطر، باید مقدار تولید، محل تشکیل، مدت مواجهه و توان بدن برای خنثی‌کردن آنها بررسی شود.
تماس آب با سطح پلاستیک چگونه می‌تواند واکنش شیمیایی ایجاد کند؟
طبق توضیحات منتشرشده درباره پژوهش دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، دانشمندان بر تعامل مولکول‌های آب با سطوح آب‌گریز پلاستیک تمرکز کرده‌اند. آب‌گریزی به ویژگی سطحی گفته می‌شود که باعث می‌شود آب تمایل کمتری به گسترش و برقراری تماس یکنواخت با آن داشته باشد.
این تعامل در شرایط آزمایشگاهی می‌تواند بر رفتار مولکول‌ها و فرایندهای انتقال الکترون در مرز میان آب و سطح پلاستیک اثر بگذارد. در گزارش پژوهش، تشکیل گونه‌های شیمیایی فعال از جمله ترکیبات مرتبط با هیدروکسید به‌عنوان بخشی از این سازوکار مطرح شده است.
انتقال الکترون یکی از فرایندهای بنیادی در واکنش‌های شیمیایی است. تغییر در شرایط این انتقال می‌تواند مسیر برخی واکنش‌ها را تغییر دهد و به تولید ترکیباتی با واکنش‌پذیری متفاوت منجر شود. در صورت تأیید و گسترش این یافته‌ها، نقش سطح پلاستیک در شیمی محیط اطراف آن ممکن است مهم‌تر از چیزی باشد که در برخی مدل‌های ساده‌شده فرض می‌شد.
بااین‌حال، جزئیات این واکنش‌ها به نوع ماده، ویژگی‌های سطح و شرایط آزمایش بستگی دارند. بنابراین، نمی‌توان نتیجه گرفت که همه ذرات پلاستیکی در تماس با هر نوع آبی، با شدت یکسان ترکیبات آسیب‌زا تولید می‌کنند. برای ارزیابی دقیق‌تر، باید نتایج در محیط‌های متفاوت و با انواع گوناگون پلیمرها بررسی شوند.
آیا این یافته ثابت می‌کند میکروپلاستیک‌ها باعث بیماری می‌شوند؟
پاسخ کوتاه این است که یافته‌های مربوط به یک سازوکار شیمیایی، به‌تنهایی برای اثبات رابطه علت‌ومعلولی میان مواجهه با میکروپلاستیک‌ها و یک بیماری مشخص کافی نیستند. اگر آزمایش‌ها نشان دهند که سطح پلاستیک در شرایط معینی به تولید گونه‌های فعال اکسیژن کمک می‌کند، این نتیجه می‌تواند مسیر احتمالی آسیب را توضیح دهد؛ اما میزان اهمیت آن در بدن انسان به شواهد بیشتری نیاز دارد.
برای سنجش خطر واقعی باید مشخص شود که چه مقدار از ذرات وارد بدن می‌شوند، چه اندازه‌ای دارند، تا چه مدت در بافت‌ها باقی می‌مانند و آیا در شرایط فیزیولوژیک بدن همان واکنش‌هایی را ایجاد می‌کنند که در آزمایشگاه مشاهده شده‌اند. همچنین باید سهم مواد افزودنی پلاستیک، آلاینده‌های جذب‌شده روی سطح ذرات و عوامل دیگر از اثر خود پلیمر تفکیک شود.
گزارش‌های علمی درباره حضور ذرات پلاستیکی در نمونه‌های زیستی و ارتباط احتمالی آنها با برخی پیامدهای سلامت، موضوعی فعال در پژوهش‌های پزشکی است. بااین‌حال، مشاهده هم‌زمان یک ذره و یک بیماری به‌خودی‌خود ثابت نمی‌کند که ذره علت بیماری بوده است. مطالعات انسانی با طراحی مناسب، اندازه‌گیری دقیق میزان مواجهه و کنترل عوامل مخدوش‌کننده برای روشن‌شدن این مسئله ضروری هستند.
نانوپلاستیک‌ها در آب آشامیدنی؛ چرا اندازه ذرات مهم است؟
یکی از پژوهش‌های شناخته‌شده دانشگاه کلمبیا در سال ۲۰۲۴ با استفاده از روش تصویربرداری و تحلیل لیزری، به بررسی ذرات پلاستیکی موجود در آب بطری‌شده پرداخت. در گزارش آن پژوهش، میانگین حدود ۲۴۰ هزار ذره پلاستیکی در هر لیتر آب بطری‌شده برآورد شده بود که بخش قابل‌توجهی از آنها در دسته نانوپلاستیک‌ها قرار می‌گرفتند.
این برآورد به نمونه‌ها و روش اندازه‌گیری همان مطالعه مربوط است و نباید آن را به همه برندها، منابع آب یا شرایط بسته‌بندی تعمیم داد. تعداد ذرات نیز به‌تنهایی میزان خطر را تعیین نمی‌کند؛ اندازه، جنس، ویژگی‌های سطحی و مقدار واقعی مواجهه از عوامل مهم دیگر هستند.
اهمیت این نوع پژوهش‌ها در آن است که روش‌های اندازه‌گیری دقیق‌تر می‌توانند ذرات بسیار کوچکی را آشکار کنند که در بررسی‌های قدیمی‌تر شناسایی آنها دشوارتر بوده است. با افزایش توان شناسایی، دانشمندان می‌توانند درباره منابع آلودگی، مسیرهای ورود ذرات و اثر احتمالی آنها بر سلامت پرسش‌های دقیق‌تری مطرح کنند.
چگونه میکروپلاستیک‌ها وارد محیط‌زیست می‌شوند؟
میکروپلاستیک‌ها از مسیرهای گوناگونی به محیط وارد می‌شوند. فرسایش محصولات پلاستیکی در اثر نور خورشید و شرایط جوی، شست‌وشوی لباس‌های دارای الیاف مصنوعی، فعالیت‌های صنعتی و سایش مواد پلیمری می‌توانند در انتشار ذرات نقش داشته باشند.
- شست‌وشوی لباس‌ها: برخی پارچه‌های مصنوعی هنگام شست‌وشو الیاف ریز آزاد می‌کنند که ممکن است وارد فاضلاب شوند.
- فرسودگی محصولات پلاستیکی: نور خورشید، تغییرات دما و تنش‌های مکانیکی می‌توانند به ترک‌خوردگی و خردشدن مواد پلاستیکی کمک کنند.
- فعالیت‌های صنعتی: تولید، پردازش و جابه‌جایی مواد پلیمری در صورت نبود کنترل مناسب ممکن است موجب انتشار ذرات شود.
- پسماندهای پلاستیکی: رهاشدن زباله‌ها در طبیعت می‌تواند در گذر زمان به ایجاد قطعات کوچک‌تر منجر شود.
کاهش ورود پلاستیک به محیط‌زیست نیازمند اقداماتی در چند سطح است؛ از بهبود مدیریت پسماند و تصفیه فاضلاب تا کاهش مصرف محصولات یک‌بارمصرف و طراحی موادی که دوام و رفتار زیست‌محیطی مناسب‌تری داشته باشند.
آیا گرم‌کردن بطری پلاستیکی خطر میکروپلاستیک را افزایش می‌دهد؟
دما می‌تواند بر ویژگی‌های مواد پلیمری، سرعت برخی واکنش‌های شیمیایی و آزادشدن ذرات یا ترکیبات از بسته‌بندی‌ها تأثیر بگذارد. بااین‌حال، میزان این اثر به نوع پلاستیک، دما، مدت تماس و شرایط استفاده بستگی دارد. ازاین‌رو، نمی‌توان برای تمام بطری‌ها و ظروف پلاستیکی یک نتیجه یکسان در نظر گرفت.
به‌عنوان یک اقدام احتیاطی، بهتر است ظروف پلاستیکی تنها در شرایطی استفاده شوند که سازنده برای آنها مجاز دانسته است. اگر ظرف برای استفاده در مایکروویو طراحی نشده، نباید آن را برای گرم‌کردن غذا یا نوشیدنی در این دستگاه به کار برد. همچنین باید دستورالعمل‌های مربوط به دمای مجاز و استفاده مجدد رعایت شوند.
این توصیه‌ها به معنای اثبات خطر قطعی هر نوع ظرف پلاستیکی نیستند؛ هدف آنها کاهش مواجهه‌های غیرضروری و استفاده صحیح از محصولات است. برای ارزیابی خطرات اختصاصی هر ماده نیز باید شواهد آزمایشگاهی و داده‌های معتبر مربوط به همان نوع پلاستیک بررسی شوند.
آیا می‌توان پلاستیک‌هایی با واکنش‌پذیری کمتر تولید کرد؟
یکی از کاربردهای احتمالی پژوهش درباره واکنش سطح پلاستیک با آب، کمک به طراحی پلیمرهایی است که در تماس با محیط واکنش‌پذیری کمتری داشته باشند. اگر مشخص شود کدام ویژگی‌های سطحی در تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن نقش بیشتری دارند، پژوهشگران می‌توانند تغییر در ساختار پلیمر، پوشش سطح یا فرایند تولید را بررسی کنند.
البته طراحی پلاستیک ایمن‌تر تنها به کاهش یک واکنش شیمیایی محدود نمی‌شود. دوام ماده، احتمال آزادشدن افزودنی‌ها، قابلیت بازیافت، تجزیه در محیط و پیامدهای زیست‌محیطی چرخه عمر آن نیز باید در نظر گرفته شوند. ماده‌ای که در یک آزمایش واکنش‌پذیری کمتری نشان می‌دهد، لزوماً در تمام جنبه‌های محیط‌زیستی گزینه مناسب‌تری نیست.
پیش از تبدیل چنین یافته‌هایی به راهکار صنعتی، لازم است نتایج در شرایط واقعی و برای کاربردهای مختلف بررسی شوند. بسته‌بندی مواد غذایی، تجهیزات پزشکی و محصولات مصرفی هرکدام الزامات متفاوتی دارند و ارزیابی ایمنی باید متناسب با کاربرد نهایی انجام شود.
چگونه مواجهه با میکروپلاستیک‌ها را کاهش دهیم؟
در حال حاضر، شواهد علمی برای ارائه یک روش خانگی که تمام میکروپلاستیک‌ها را از بدن حذف کند کافی نیست. بااین‌حال، می‌توان با اقداماتی ساده از برخی منابع آلودگی کاست و استفاده از محصولات پلاستیکی را مدیریت کرد:
- از گرم‌کردن غذا در ظروف پلاستیکی فاقد تأییدیه مناسب خودداری کنید.
- برای نوشیدنی‌ها و مواد غذایی، ظروفی را انتخاب کنید که برای نوع استفاده و دمای موردنظر مناسب باشند.
- لباس‌های مصنوعی را مطابق دستورالعمل شست‌وشو دهید و در صورت امکان از روش‌هایی برای کاهش آزادشدن الیاف استفاده کنید.
- از رهاکردن زباله‌های پلاستیکی در محیط‌زیست خودداری کنید و پسماندها را به‌درستی تفکیک و دفع کنید.
- در انتخاب محصولات، به دستورالعمل نگهداری و استفاده مجدد توجه کنید و ظروف آسیب‌دیده را مطابق توصیه سازنده کنار بگذارید.
این اقدامات می‌توانند به کاهش برخی منابع مواجهه کمک کنند، اما نباید به‌عنوان راهی برای حذف کامل خطر معرفی شوند. میکروپلاستیک‌ها از منابع متعددی وارد محیط می‌شوند و کنترل آنها به راهکارهای فردی، صنعتی و سیاست‌گذاری عمومی نیاز دارد.
جمع‌بندی؛ چرا پژوهش درباره واکنش‌پذیری میکروپلاستیک‌ها اهمیت دارد؟
مطالعه جدید منتسب به پژوهشگران دانشگاه کلمبیا و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، توجه را به این موضوع جلب می‌کند که ذرات بسیار ریز پلاستیکی ممکن است در تماس با آب از نظر شیمیایی فعال باشند. افزایش نسبت سطح به حجم و تعامل سطح آب‌گریز پلیمر با مولکول‌های آب می‌تواند بر برخی واکنش‌ها، از جمله تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن، اثر بگذارد.
این سازوکار می‌تواند به درک بهتر اثرات احتمالی میکروپلاستیک‌ها بر سلول‌ها کمک کند و مسیرهای تازه‌ای برای طراحی مواد پلیمری با واکنش‌پذیری کمتر پیش روی دانشمندان قرار دهد. بااین‌حال، برای نتیجه‌گیری درباره پیامدهای مستقیم این فرایند در بدن انسان، باید میزان مواجهه واقعی، شرایط زیستی و نتایج مطالعات انسانی نیز بررسی شوند.
در نهایت، کاهش آلودگی پلاستیکی، بهبود روش‌های اندازه‌گیری و توسعه مواد ایمن‌تر از اقداماتی هستند که می‌توانند هم به حفاظت از محیط‌زیست و هم به روشن‌شدن پرسش‌های سلامت عمومی کمک کنند. یافته‌های جدید مهم‌اند، اما تفسیر آنها باید متناسب با شواهد موجود و بدون بزرگ‌نمایی خطرهای اثبات‌نشده انجام شود.
