認知を覆す：1リットルのボトル入り飲料水には24万個のプラスチック粒子が含まれている

研究により、使い捨ての紙コップやペットボトルから母乳や胎盤、北極やエベレストまで、人体に有害なマイクロプラスチックがあらゆる場所に存在することが確認されています。

しかし、最近の研究によると、実際の状況と比較すると、これまで人類が観察できた小さなプラスチック粒子の数はごくわずかであることがわかりました。新しい光学画像技術に基づき、科学者はナノプラスチックをより速く、より良く観察でき、「目に見える」プラスチック粒子の数は10～100倍に増加しています。

この研究では、科学者らが米国市場で人気のボトル入り飲料水ブランド3つ（具体的なブランド名は明らかにされていない）をテストしたところ、定量的な結果から、ボトル入り飲料水1リットルあたり10万個以上のプラスチック粒子が含まれており、そのほとんどがナノプラスチックであることがわかった。

画像: ボトル入りの水に含まれる、これまで目に見えなかった数十万個の小さなプラスチック粒子。

「SRS顕微鏡によるナノプラスチックの迅速な単粒子化学イメージング」と題された関連研究論文が、科学誌「米国科学アカデミー紀要」に掲載されました。

これまで、効果的な分析技術が不足していたため、ナノプラスチックに関する基礎知識は空白のままでした。この研究により、ナノスケールのプラスチック汚染に関する知識のギャップが埋められることが期待されます。

それは公的な問題となっている

世界のプラスチック生産量は年間4億トン近くに達し、毎年3,000万トン以上が海や陸に投棄されており、合成繊維を含むプラスチックを含む多くの製品も使用中に粒子を放出します。

天然の有機物とは異なり、ほとんどのプラスチックは比較的無害な物質に分解されません。同じ化学組成のどんどん小さな粒子に分解し続けるだけです。個々の分子を超えると、理論上は分子の大きさに制限はありません。

マイクロプラスチックは、プラスチックがどんどん小さな破片に分解されるときに生成される、5 mm から 1 ミクロンの範囲のプラスチック破片​​として定義されます。人間や他の生物がこれらの粒子を摂取すると、健康や生態系に未知の影響を及ぼす可能性があります。これまでの研究で、水のボトル1本あたりに識別可能なマイクロプラスチックの破片が何千個も含まれていることが確認されている。

ボトル入り飲料水に含まれるプラスチックが社会問題となったのは、主に科学者が2018年の研究で水1リットルあたり平均325個の粒子を検出したためである。その後の研究ではその数は倍増した。科学者たちは、実際の数は観察された数よりはるかに多いと疑っているが、1ミクロン未満のマイクロプラスチックに関する関連研究結果は出ていない。

現在、コロンビア大学が率いる研究チームは、改良された新技術を使用して、マイクロプラスチックがさらに分解された生成物であるナノプラスチック（サイズが1ミクロン未満）を実際に見ることができるようにしました。

マイクロプラスチックとは異なり、ナノプラスチックははるかに小さく、腸や肺から直接血液に入り、心臓や脳などの臓器に伝達される可能性があります。また、細胞に侵入したり、胎盤を通して胎児の体内に侵入したりすることもあります。科学者たちは、これらの粒子がさまざまな生物系に及ぼす可能性のある影響を理解するために、一連の研究を実施することに熱心です。

「ナノ粒子を観察する方法は開発されてきたが、何を見ているのかはわかっていなかった」とコロンビア大学化学科の大学院生で論文の筆頭著者であるナイシン・チアン氏は言う。彼女は、これまでの研究ではナノマスの全体的な推定値は提供できたものの、個々の粒子を数えたり、どれがプラスチックでどれが他のものかを特定したりすることはほとんどできなかったと述べた。

「これまで、これは未知の領域であり、毒性研究は何が含まれているかについて推測するだけだった」とコロンビア大学ラモント・ドハティ地球観測所の環境化学者で共同責任著者のベイジャン・ヤン氏は述べた。 「この研究は、これまでアクセスできなかった世界を覗くための窓を開いてくれる。」

もしかしたら、それだけではないかもしれない

この研究で、研究者らは初めてボトル入り飲料水に含まれるナノプラスチック粒子を特定し、数えた。その結果、ボトル入りの水には平均して1リットルあたり約24万個の検出可能なプラスチック片が含まれていることが判明した。これは、より大きなサイズに基づくこれまでの推定値よりも10～100倍高い数値である。

この発見は、誘導ラマン散乱顕微鏡法と呼ばれる新しい方法によって可能になった。この方法では、2つのレーザーを同時に発射してサンプルを調べ、特定の分子を共鳴させる。この方法は、コロンビア大学の生物物理学者であり、論文の共同責任著者でもあるウェイ・ミン氏によって共同発明された。

図 |ボトル入り飲料水におけるマイクロナノプラスチックの検出：サンプルの準備、SRS イメージング、およびデータ分析。

さらに、研究者らは 7 つの一般的なプラスチックについて、実験結果を解釈するためのデータ駆動型アルゴリズムを作成しました。研究者らは米国市場で人気のあるボトル入り飲料水ブランド3つをテストし、直径わずか100ナノメートルのプラスチック粒子を分析した。

ボトル入りの水1リットルあたり11万～37万個のプラスチック粒子が発見され、そのうち90パーセントがナノプラスチックで残りがマイクロプラスチックだった。また、研究者らは、粒子が7種類のプラスチックのどれであるかを特定し、その形状をマッピングした。これは生物医学研究にとって貴重な情報である。

図 |ボトル入り飲料水に含まれる各プラスチックポリマーの粒子サイズと形状の統計分析。

一般的なプラスチックの 1 つはポリエチレンテレフタレート (PET) で、ほとんどのウォーターボトルの製造に使用されている素材です。水のボトルを圧迫したり加熱したりすると、PET が破れて破片とともに水中に入る可能性があります。最近の研究では、水のボトルのキャップを繰り返し開け閉めすると、多くの粒子が水の中に入り込む可能性があることが示されました。

しかし、 PET よりもポリアミド（ナイロン素材の一種）の方が豊富です。ヤン氏は、これはおそらくボトル入りの水を浄化するのに使用されるプラスチックフィルターから来ているだろうと述べた。発見された他の一般的なプラスチックには、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレートなどがあり、これらはすべてさまざまな工業プロセスで使用される材料です。

さらに心配なのは、これら 7 種類のプラスチックがサンプル内で発見されたナノ粒子全体のわずか 10 パーセントを占めるに過ぎないことです。彼らは残りが何であるか全く知らなかった。これらがナノプラスチックであれば、水1リットルあたりに数千万個の粒子が含まれている可能性がある。しかし、それらの粒子はどんなものでもかまわないため、一見単純な水サンプルに実際には複雑な粒子組成が含まれている可能性が示唆されます。

小さいほど体内に入りやすい

研究者たちは現在、研究の範囲をボトル入りの水以外にも広げようと取り組んでいる。

「ナノプラスチックの世界は広大であり、さらに研究する必要がある」とミン氏は語った。同氏は、質量で見るとナノプラスチックはマイクロプラスチックよりはるかに少ないが、「重要なのは大きさではなく量だ。なぜなら、小さいほど体内に入り込みやすいからだ」と指摘した。

研究チームはまた、ボトル入りの水よりはるかに少ないとはいえ、マイクロプラスチックが含まれていることが示されている水道水についても研究する予定だ。

一方、ヤン氏は、人々が洗濯をする際に廃水に混入するマイクロプラスチックとナノプラスチックを研究するプロジェクトに取り組んでいる。同氏の計算によると、多くの衣類を構成する合成素材から、洗濯物10ポンドごとに数百万個の粒子が生成されている。彼らは、業務用および家庭用の洗濯機からの汚染を減らすことができるフィルターを設計しています。

以前の研究では、ジーンズに使用されているインディゴデニムのマイクロファイバーが廃水中に大量に存在し、遠く離れた北極の海洋堆積物にも見られることが示されている。別の研究のデータによると、世界中で毎年約176,500トンの合成マイクロファイバー（主にナイロンとポリエステル）が陸生環境に排出されていることが明らかになった。

研究チームはまた、イギリスの協力者が西南極大陸をハイキング中に採取した雪の粒子を検査する予定だ。また、環境衛生の専門家と協力して、人体のさまざまな組織に含まれるナノプラスチックを測定し、その発達や神経系への影響を研究している。

「このようなものがこんなにたくさん見つかるというのは、まったく予想外のことではない」と銭氏は語った。 「重要なのは、物体が小さければ小さいほど、数値が大きくなるということです。 」

参考リンク:

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300582121