塑料在我們身邊隨處可見，無論是我們在超市使用的雜貨袋還是洗髮水和洗滌劑瓶等家庭用品。塑料也不僅僅是作為大型物體存在，同時也是作為從這些大型產品中釋放出來的微小顆粒存在。這些微觀的塑料最終會出現在環境中，而且它們還可以被攝入到我們的體內。
現在，美國國家標準與技術研究所(NIST)的科學家們已經分析了一些廣泛使用的消費品以更好地了解這些微觀塑料。他們發現，當這些塑料產品暴露在熱水中時，它們會向水中釋放出每升數萬億的納米顆粒。
NIST的研究人員最近在科學雜誌《Environmental Science and Technology》上發表了他們的發現。
“這裡的主要啟示是，無論我們看哪裡都有塑料微粒。它們的數量很多。每升有數萬億個。我們不知道這些是否對人或動物有不好的健康影響。我們只是對它們的存在有很高的信心，”NIST化學家Christopher Zangmeister說道。
雖然存在許多不同類型的塑料材料，但它們都是由聚合物組成，聚合物則是由大分子連接在一起的天然或人為物質。科學家們在包括海洋在內的許多環境中發現了這些大型塑料的微觀顆粒。研究人員將它們分為兩類：微塑料和納米塑料。
微塑料一般被認為長度小於5毫米，可以用肉眼看到，而納米塑料則小於百萬分之一米（1微米），大多數甚至不能用標準顯微鏡看到。最近的研究表明，一些盛放液體或與之互動的消費品如聚丙烯(PP)嬰兒瓶和尼龍塑料茶袋會將這些塑料顆粒釋放到周圍的水中。
NIST的研究人員在他們的研究中觀察到了兩種類型的商業塑料產品：食品級尼龍袋如烘焙襯墊、一次性熱飲料杯如咖啡杯。他們分析的飲料杯上塗有低密度聚乙烯(LDPE)，這是一種軟性的柔性塑料薄膜，通常用作內襯。
襯有LDPE的飲料杯則被暴露在100攝氏度的水中20分鐘。
為了分析從這些塑料產品中釋放的納米顆粒，研究人員首先需要確定如何檢測它們。“想象一下，在一個普通的外賣咖啡杯里有一杯水。它可能有許多億個顆粒，我們將需要弄清楚如何找到這些納米塑料，”Zangmeister講解道，“這就像在乾草堆里找一根針。”
對此，Zangmeister和他的同事不得不使用一種新的方法。“我們使用了一種方法，把杯子里的水噴成細密的水霧，然後把水霧和溶液內剩下的所有東西烘乾。通過這一過程，納米顆粒與溶液的其他部分被隔離開來。”
據悉，這項技術本身之前已經被用來檢測大氣中的微小顆粒。“因此，我們不是在重新發明輪子，而是將其應用於一個新的領域，”Zangmeister表示。
在水霧被乾燥后，其中的納米顆粒被按其大小和電荷進行分類。然後，研究人員可以指定一個特定的尺寸如100納米左右的納米粒子，然後將它們放入一個粒子計數器。這些納米顆粒被暴露在丁醇（一種酒精）的熱蒸汽中，然後迅速冷卻。隨着酒精的凝結，顆粒從納米大小膨脹到微米，這使它們更容易被檢測到。這個過程是自動化的，由一個計算機程序運行，對顆粒進行計數。
研究人員還可以通過將納米顆粒放在表面上，然後用掃描電子顯微鏡和傅里葉變換紅外光譜技術進行觀察–前者利用一束高能電子對樣品進行高分辨率成像，後者則是一種捕捉氣體、固體或液體紅外光譜的技術–以確定納米顆粒的化學成分。
通過一起使用所有這些技術，研究人員可以更全面地了解納米顆粒的大小和組成。
研究人員在分析和觀察中發現，納米粒子的平均尺寸在30納米到80納米之間，很少有超過200納米的。此外，跟一次性使用的飲料杯相比，食品級尼龍釋放到熱水中的納米顆粒的濃度要高出6倍。
“在過去的十年裡，科學家們在我們觀察環境的任何地方都發現了塑料，”Zangmeister說道，“人們在南極洲的雪地、冰川湖的底部觀察發現了大於約100納米的微塑料，這意味着它們可能還沒有小到足以進入細胞並導致物理問題……我們的研究是不同的，因為這些納米顆粒真的很小，是個大問題，因為它們可能進入細胞內部，並可能會破壞其功能。”另外，他還強調，沒有人確定會出現這種情況。
美FDA對接觸我們吃的食物或喝的水的塑料進行監管。該機構制定了標準和安全措施以確定什麼是安全的。FDA的研究人員對這些塑料進行嚴格的測試並測量暴露在熱水中時塑料質量的損失程度。研究人員在研究中發現質量損失了十分之一，這大大低於FDA目前認為的安全限制。
Zangmeister指出，目前還沒有一個常用的測試來測量從咖啡杯等樣品中釋放到水中的LDPE，但對尼龍塑料有測試。這項研究的結果可能有助於開發這種測試。與此同時，Zangmeister和他的團隊還分析了其他消費品和材料如織物、棉質聚酯、塑料袋和儲存在塑料管中的水。
這項研究的結果跟其他類型材料的分析結果相結合，它將為今後這一領域的研究開闢新的途徑。“關於這個主題的大多數研究都是朝着教育科學家同行的方向寫的，”Zangmeister說道，“這篇論文將同時做到：教育科學家和進行公共宣傳。”