聚乳酸微塑人体无害化研究.pdf

纺织科学与工程学报 第 卷第 期(总第 期)年 月 ()收稿日期:第一作者简介:陈丽雅()女硕士研究生研究方向:聚乳酸抗菌性能及微纤人体无害化研究通信作者简介:郭建生()男博士教授博士生导师:/聚乳酸微塑人体无害化研究陈丽雅李 璇高 灿周步光郭建生(东华大学 纺织学院上海)摘 要:研究了聚乳酸可降解微塑对人体肺部的危害通过体外模拟人体呼吸过程中聚乳酸可降解微塑料对两种重要物质即肺部表面活性物质溶液和肺部模拟液的影响并进一步探讨聚乳酸微塑料对肺部的影响 结果表明:含聚乳酸的表面活性物质溶液张力变化范围相对涤纶较小对活性剂中蛋白质和磷脂的吸附作用稍大可能是因为聚乳酸微塑在降解过程中产生了更多的负电荷 聚乳酸微塑在模拟肺液中具有较好生物可降解性能 羟基测试中说明聚乳酸和涤纶微塑与抗坏血酸溶液作用后均产生羟基加入硫酸钛溶液后两组溶液均变浑浊含涤纶微塑的模拟肺液中更加浑浊含聚乳酸微塑的模拟肺液可能产生更少的羟基聚乳酸微塑不具有生物持久性对人体肺部的影响远远小于涤纶微塑关键词:聚乳酸 可降解微塑 涤纶 肺表面活性物质溶液 肺部模拟液中图分类号:.文献标志码:文章编号:()前言微塑料作为可进入人体并有一定危害作用的物质近些年来颇受关注 塑料因其性能优异而被广泛使用 微塑料 的尺寸小于 主要是由塑料经过外界的各种作用而崩解产生 微塑料 不易降解大部分都可以在环境中停留百年甚至时间更长对于植物来说微塑料会影响浮游植物进行光合作用当聚氯乙烯 和聚丙烯 的浓度适当增加后植物中的叶绿素 显著下降甚至下降一半 对人和动物来说微塑料被摄入后进入肠胃或者是循环系统或者被运送到人体后在人体中释放的添加剂和吸附的各种有害物质可能会造成氧化应激、细胞毒性、炎症以及生殖毒性等 近来塑料口罩的使用是非常频繁的通过呼吸作用当吸入颗粒体积较小颗粒在肺泡区域会有较高的沉积速率并且很大可能接触肺表面活性物质溶液聚乳酸(简称)又名聚丙交酯是一种生物基化学合成聚酯材料是一种具有良好生物降解性能和生物相容性能的新材料 在纺织领域利用聚乳酸纺丝所形成的纤维属于生物基合成纤维是绿色可完全降解的合成纤维材料 目前我国纺织业中 为合成纤维据统计数据可知合成纤维使用最多的是涤纶纤维(涤纶纤维即聚酯纤维)又名聚对苯二甲酸乙二醇酯是不可降解的材料 目前可降解材料使用广泛并且受到很大程度的推广而目前对可降解微塑料吸入肺部后的研究还比较少特别是可降解微塑料吸入肺泡区域后在人体会有很高的沉积速率而肺泡表面的活性物质溶液对肺泡的稳定以及表面张力至关重要张晴丹等人对人体肺部组织中发现的微塑进行研究 李爱峰等人对微塑浸出液进行分析探讨浸出液的主要成分和浸出液对环境的影响 等人研究微塑对磷脂及细胞活性的影响 刘雅宣等人探究微塑暴露人体后对人体健康的影响 戴文佳等人对人体肺部积累的颗粒进行数值分析 李佳仪等人研究微塑对人体健康的影响第 期聚乳酸微塑人体无害化研究本文以研究聚乳酸微塑料对肺表面活性物质溶液和模拟肺液的影响为起点通过模拟的方法来探讨聚乳酸对肺部影响从而在聚乳酸对人体兼容性方向提供一定的依据 实验部分.材料及实验仪器材料:目聚乳酸粉末(顺捷塑胶科技黄江公司)、目涤纶粉末(东莞市樟木头特塑朗化工原料公司)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(上海乐亿丰医药科技有限公司)、牛血清蛋白(合肥千盛生物科技有限公司)、磷酸缓冲溶液(广州市粤基盖华生物科技有限公司)、氯化亚铁(分析纯)、硫氰酸铵(分析纯)、氯仿(分析纯)、考马斯亮蓝(飞净生物有限公司)、一水合柠檬酸(上海国药)、尿酸(上海麦克林生化科技股份有限公司)、抗坏血酸(国药)、还原性谷胱甘肽(合肥巴斯夫科技有限公司)、硫酸钛(上海国药)仪器:电子分析天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)、傅里叶变换红外光谱仪()、紫外可见近红外分光光度计()、抽滤装置(上海晖创)、超声震荡装置()、表面张力仪()、测试仪(邦特)、扫描电子显微镜().实验方法.表面张力测试假设微塑料可以进入肺部深处并且直接接触到肺表面活性物质溶液对表面活性物质溶液表面张力有不利影响 首先配置 /的表面活性物质溶液()与 比例为 然后加入 超声分散制备至混合均匀其次将不同浓度的 和 (/、/、/、/、/、/)加入到 中 配置 组 溶液条件下恒温震荡培养 后利用表面张力仪测试 溶液表面张力.溶液中蛋白质的吸光度值测试超声分散配置 不同浓度的聚乳酸和涤纶微塑(/、/、/、/、/)的表面活性物质溶液在 条件下震荡 达到吸附平衡后抽滤出微塑滤液中的蛋白质经考马斯亮蓝染色后在紫外分光光度计下有明显吸收峰.溶液中磷脂的吸光度值测试.四水合氯化亚铁中加入.氯化氢 溶 液、.过 氧 化 氢 溶 液 配 置.氯化铁溶液再加入.硫氰酸铵溶解在 去离子水中得到硫氰酸亚铁铵 超声分散配置不同浓度的聚乳酸和涤纶微塑(/、/、/、/、/)的表面活性物质溶液在 条件下震荡 达到吸附平衡后抽滤出微塑得到磷脂待测液在磷脂测试过程中烧杯中放入磷脂待测液 加 硫氰酸铁胺再加入 氯仿溶液震荡 分钟待分层后吸取下层液体于比色皿中加入适量氯仿进行稀释以氯仿为空白对照组测量吸光度值.模拟肺液及抗坏血酸中羟基的测试配置模拟肺液首先将 一水合柠檬酸、尿酸、抗坏血酸、还原性谷胱甘肽加入到 磷酸缓冲溶液中再加入适量表面活性物质溶液配置模拟肺液取 组 模拟肺液分别加入不同浓度(/、/、/、/、/)的聚乳酸和涤纶微塑料颗粒滴加过量硫酸钛溶液至溶液无明显变化 对比滴加硫酸钛前的溶液研究探讨溶液的变化 模拟肺液中主要是抗坏血酸与微塑料作用产生羟基在实验中还通过测试加入微塑料后抗坏血酸溶液的变化情况来确定微塑加入是否产生羟基所以用去离子水配置./的抗坏血酸溶液取 抗坏血酸溶液分别加入/聚乳酸和涤纶微塑料再加入过量硫酸钛溶液观察溶液颜色变化以及溶液是否浑浊来确定羟基是否产生.聚乳酸和涤纶微塑与模拟肺液作用前后粒径分析分别对与模拟肺液作用前后的涤纶和聚乳酸微塑进行扫描电镜测试根据扫描电镜结果绘制与模拟肺液作用前后涤纶和聚乳酸微塑的粒径分布图通过对微塑进行粒径分析来探讨微塑在模拟肺液中是否降解 结果与讨论纺织科学与工程学报 年 月.聚乳酸和涤纶微塑的成分验证图 涤纶 和聚乳酸 的傅里叶红外光谱图图 中聚乳酸和涤纶微塑的傅里叶红外光谱图的特征峰与文献中所给出的红外光谱图的特征峰均完全对应证明所研究的微塑试样确为聚乳酸和涤纶微塑.微塑对表面活性物质溶液的张力影响不同浓度的聚乳酸和涤纶在表面活性物质溶液 条件下恒温震荡培养 后测试 表面张力如下图 所示图 中可以清晰看出涤纶和聚乳酸对 表面张力均有影响但是聚乳酸浓度增大对表面张力影响的程度相对较小 对 表面张力的影响更大聚乳酸微塑对溶液张力影响更小说明聚乳酸微塑对肺泡表面活性物质溶液分子间的相互作用影响小聚乳酸微塑对肺泡表面张力影响小图 聚乳酸 和涤纶 对表面张力的影响.表面活性物质溶液中微塑料对磷脂和蛋白的影响 如图 所示为表面活性物质溶液中磷脂在 处的吸光度值随着聚乳酸与涤纶浓度的增加溶液中磷脂的吸光度值逐渐下降对表面活性物质溶液中磷脂的吸附作用增强吸光度值表明微塑浓度与吸附磷脂的含量呈一定的正相关关系 随着聚乳酸微塑的降解被吸附的磷脂重新回到溶液中蛋白可以促进磷脂的循环再利用所以聚乳酸对磷脂影响较小图 聚乳酸和涤纶对表面活性物质溶液中磷脂的影响如图 所示为表面活性物质溶液中蛋白质在 处的吸光度值随着聚乳酸与涤纶浓度的增加溶液中牛血清蛋白的吸光度值稍微下降变化数值较小实验结果说明聚乳酸对肺泡表面活性物质溶液中蛋白活性物质基本没有影响图 聚乳酸和涤纶对表面活性物质溶液中蛋白质的影响.模拟肺液中的测试.微塑与模拟肺液作用前的 图下页图 为涤纶和聚乳酸微塑与模拟肺液作用前的 图像图()为实验前的涤纶微塑图()为实验前的聚乳酸微塑 测试实验结果表明涤纶微塑外表较聚乳酸微塑更为光滑聚乳酸微塑表面有更多的沟壑并且聚乳酸微塑颗粒第 期聚乳酸微塑人体无害化研究比涤纶颗粒大()涤纶微塑 ()聚乳酸微塑图 聚乳酸和涤纶微塑料的电镜原图.微塑与模拟肺液作用 天后的 图图 所示左侧图()为涤纶微塑的电镜图右侧为聚乳酸微塑的电镜图相比两者的电镜原图可知聚乳酸在模拟肺液中降解的速度较快聚乳酸微塑在模拟肺液中不具有生物持久性()涤纶微塑 ()聚乳酸微塑图 聚乳酸和涤纶在模拟肺液中培养 天后的电镜图.涤纶和聚乳酸微塑与模拟肺液作用前后粒径分布测试图 中涤纶粒径无明显变化聚乳酸与模拟肺液作用前平均粒径.作用后平均粒径.模拟肺液作用前后的涤纶微塑粒径无明显变化而与模拟肺液作用前后的聚乳酸微塑粒径明显变小证明聚乳酸在模拟肺液中的降解能力更好涤纶微塑具有生物持久性 所以聚乳酸相较其他微塑进入人体肺部后对人体健康影响较小图 ()、()未处理涤纶、聚乳酸微塑粒径()、()涤纶、聚乳酸微塑与模拟肺液作用后的粒径.模拟肺液中羟基的测定羟基的测定原理是硫酸钛遇羟基会生成黄色络合物沉淀 羟基测试结果如下页图 所示最左侧的为去离子水与去离子水相对比加入聚乳酸的溶液变的稍许浑浊溶液变黄并不明显加入涤纶微塑料的溶液变黄现象较聚乳酸更为明显在抗坏血酸中加入两种微塑料之后再加入硫酸钛测试结果两种抗坏血酸溶液均立刻变成橙红色说明其产生了大量的羟基自由基 静置让其沉淀测试结果如下页图 所示 加入聚乳酸和涤纶微塑料的抗坏血酸溶液开始褪色加入聚乳酸和涤纶微塑料的抗坏血酸溶液开始褪色最后二者均褪色至黄色将黄色的溶液倒掉后可以观察到加入纺织科学与工程学报 年 月聚乳酸和涤纶微塑的烧杯底部均产生了黄色的沉淀但是含聚乳酸的抗坏血酸溶液中产生的沉淀少说明含聚乳酸微塑的抗坏血酸溶液中产生的羟基可能更少 实验结果说明:微塑与抗坏血酸作用形成羟基不可避免但是聚乳酸微塑与抗坏血酸作用后产生的羟基更少并且聚乳酸微塑不具有生物持久性所以相较其他微塑聚乳酸微塑对人体的影响更小对人体更为安全图 在聚乳酸 和涤纶 的模拟肺液测试是否产生羟基图 聚乳酸和涤纶微塑与抗坏血酸作用后产生沉淀 结论聚乳酸微塑对模拟肺泡表面活性物质溶液表面张力的影响更小与其他微塑相比减小肺泡坍塌风险 对磷脂和蛋白影响小 与肺液中的抗坏血酸溶液相作用生成羟基少聚乳酸在模拟肺液中降解能力好不具有生物持久性对抗坏血酸没有持续性影响相比其他微塑对人体更为健康参考文献 .:.蔡利梅.复杂环境基质中微塑料的新型检测方法及人体暴露风险评估.天津:天津理工大学.王继业刘姝瑞张明宇等.聚乳酸纤维的研究进展及应用.纺织科学与工程学报 ():.:.张晴丹.活人肺部深处首次发现微塑料.中国科学报().李爱峰 闫晨 邱江兵.微塑料浸出液的主要成分、检测方法及环境效应研究进展与展望.中国海洋大学学报:自然科学版 ():.():().():.刘雅宣 王兰 师庆英 等.微塑料的人体暴露和健康风险研究进展.生态毒理学报 ():.戴文佳.短期呼吸条件下大气颗粒物在人体肺部混凝过程的数值模拟.北京:北京交通大学.李佳仪 赖嘉怡 古嘉基 等.微塑料对人体健康影响的研究进展.公共卫生与预防医学 ():.(下转第 页)纺织科学与工程学报 年 月 .:():.:.():./():/()():()()()()./.()././.:(上接第 页)():.().: