微塑料环境冠：风险评估的关键决定因素

摘要：作为塑料制品生命周期中的新兴污染物，微/纳米塑料（M/NPs）越来越多地被释放到自然环境中。人们对微/纳米塑料对环境和健康的影响提出了重大关切。虽然在自然环境中检测到不同的微/纳米塑料，但大多数表现出两个相似的特征，即高表面积和强结合亲和力，这使得微/纳米塑料与周围物质之间能够广泛相互作用。这导致在不同介质的塑料表面上形成环境冠，包括生态环境冠和生物环境冠。在实际暴露场景中，M/NP上的环境冠形成是不可避免的，并且通常显示出可变和复杂的结构。已经发现表面环境冠会影响颗粒物的运输、吸收、分布、生物转化和毒性。因此，我们建议认真考虑表面环境冠在安全评估中的作用。本文综述了近年来M/NPs生态环境冠和生物环境冠的研究进展，进一步讨论了解释环境冠结构的分析方法，强调了环境冠对毒性的影响，并展望了未来。

1. 前言

尽管人类已经制造了超过30，000种塑料聚合物，但由此产生的微/纳米塑料具有两个相似的特征，即高表面积和强结合亲和力，这使得微/纳米塑料与其他物质（如金属阳离子，无机阴离子，有机化学物质和生物分子）之间能够广泛相互作用。细颗粒上吸附的物质被定义为“环境冠”，在细颗粒物的风险评估中，环境冠在不良结局途径中起着关键作用。

2. 微/纳米塑料的物理化学性质

尽管生产了大量的塑料聚合物，但仍有六种常用的聚合物，即聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC），聚氨酯（PUR），聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS），约占2019年全球塑料需求的81.2%。环境M/NP可按其形状分为珠子、碎纤维、薄膜、薄片、海绵、泡沫。

 

环境塑料有多种尺寸，通常按尺寸分为大塑料（>25毫米）、中塑料（5-25毫米）和微塑料（<5毫米）。根据欧盟海洋战略框架指令（MSFD）的《欧洲海域海洋垃圾监测指南》，微塑料可进一步分为大微塑料（1-5毫米）和小微塑料（<1毫米）。

3. 微/纳米塑料上的环境冠形成

 

M / NP上的生态环境冠（顶部）和生物环境冠（底部）

由于大多数环境塑料表现出负表面电荷，静电结合是环境塑料与重金属阳离子相互作用生成环境冠主要机制。环境塑料可以通过静电相互作用吸附天然有机物，形成有机物环境冠，微纳塑料最初通常与环境中的天然物质相互作用以形成生态环境冠。然而，一旦这些颗粒遇到生物系统，它们可能会与丰富的生物分子相互作用，包括蛋白质、脂质和核酸，以取代生态冠中的一些成分并在表面上形成生物冠。

4. 微纳塑料上环境冠的分析方法

 

对微纳塑料上的电晕结构进行深入定量分析的系统分析策略，微纳塑料可以通过离心、超滤、场流分馏等方式从环境/生物介质中分离出来。微纳塑料上的环境冠可以通过原位和非原位方法进行检测。对于原位分析，环境冠结构通过一些微观和光谱技术直接解释，例如SEM，AFM和拉曼光谱。对于非原位分析，需要通过逐层提取方法将环境冠与M / NP分离，并通过各种基于MS的方法进行检测，包括LC-MS，ICP-MS和GC-MS。

5. 总结与展望

微纳塑料的扩散和积累导致微纳塑料与环境和生物介质中物质的相互作用机会增加。鉴于微纳塑料的疏水性、惰性和持久性特征，环境冠的形成是一个突出的过程，与微纳塑料的迁移、吸收、分布、代谢、清除和毒性高度相关。尽管大量证据表明环境/生物物种和微纳塑料共存，但大多数研究仅评估一种或两种物质对微纳塑料毒性的影响，而不是整体整合。虽然人们对微纳塑料的环境和健康风险提出了担忧，并且在该研究领域做出了大量努力，但我们建议认真考虑表面环境冠在安全评估中的作用。与传统毒素不同，带有环境冠的微纳塑料更危险。微纳塑料上的吸附过程可能会影响生物系统中环境冠成分的生物利用度、进入途径、分布和清除。鉴于环境和生物运输可能会显着改变微纳塑料的物理化学性质，每个微纳塑料颗粒可能具有独特的环境冠结构，从而产生独特的身份。全面解释环境冠结构是一项极端的挑战，可能需要不同分析方法的合理组合。综上所述，微纳塑料安全性评估中的环境冠形成是一个面临挑战和机遇的新兴研究领域。

分析方法的合理组合或对新分析技术的探索对于全面解释环境冠成分是非常需要的。除了化学成分外，环境冠的先进空间结构，特别是生物环境冠，很少被探索。微纳塑料在生物系统中的运输可能导致环境冠结构的动态进化，这可能进一步引发不良后果。这些事件之间的联系在很大程度上是未知的。

原位检测生物系统中微纳塑料上的环境冠是一项重大挑战。应尝试使用多种独立的标记策略（例如，荧光和放射学标记）来区分细胞或动物中的电环境冠。

建议使用大数据分析或机器学习来破译环境冠结构与毒性作用之间的联系。

克服这些挑战可能需要探索毒理学、材料科学和分析化学的跨学科方法。充分了解环境冠对毒性的影响可能有助于建立用于微纳塑料风险评估的预测毒理学范式。