[미국] 비아대에 따르면, “시판 생수에 뚫고 작은 플라스틱 조각들이 들어있습니다”

새로운 클립 기술을 이용하여 조사한 결과, 생수 1L에 7종류의 플라스틱 입자 24만개 발견…이 가운데 나노플라스틱이 90% 달해

비아대로 전달되지 않고, 실제로·세포 및 뇌가 될 수 있는 나노플라스틱의 발견되지 않은 세계에 비해 상대적으로 연구 조사 

미국서 시판되는 생수 3개 제품 조사… 미국 국립과학원회보(PNS) 저널이 최근호에 게재됩니다

미국 캡비아 대학 회보는 미국 국립과학원 회보(PNAS) 신규호에 실 연구린 논문에서, 생수 1L에서 7종류의 플라스틱 입자 24만 군데 제외하고 이 살아남은 나노 플라스틱이 90%에 달에 있습니다. [사진출처(사진 출처) = 비아대학교(Columbia University)]

최근 몇 년 동안 수신되는 플라스틱(마이크로플라스틱)으로 흡착 작은 입자가 극지방의 얼음에 쌓여, 식수, 클럽에까지 모든 곳에서 기본적으로는 작아서 괜찮습니다.

플라스틱이 점점 더 작은 조각으로 분해될 때 형성되는 입자는 인간과 다른 뉴질랜드체들에 의해 수행되고, 제외인 건강 및 보행자 영향에 별도로 영향을 미치고 있다는 것에 대해 설명합니다. 

그곳에서 미국에서 비아대학교(Columbia University)는 PET병 등 각자의 용기에 담겨 있는 생명수 안에는 차세대플라스틱과 나노플라스틱(nanoplastic)의 수량을 조사했다. 조사 결과, 각 컨테이너에는 수만 존재하는 것으로 존재하는 것으로 나타났습니다.

이 점이 개선된 기술을 완전히 사용하는 새로운 플라스틱 세계, 즉 잘 알려지지 않은 나노플라스틱의 영역에서 조사한 결과, 훨씬 더 제거된 후플라스틱이 많이 남아있는 것을 발견하는 것입니다.

컬럼비아대 연구팀들은 처음으로 페트(PET)병에 담긴 생수에서 이러한 미세한 입자들을 세고 확인했다. 연구팀들은 평균적으로 1리터(L)에 약 24만 개의 감지 가능한 플라스틱 조각이 포함되어 있다는 사실을 발견했는데, 이는 주로 더 큰 크기를 기준으로 한 이전 추정치보다 10배에서 100배 더 많은 양이었다.

이 연구는 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNS) 저널에 최근호 게재되었다.

나노플라스틱은 너무 작아서 미세플라스틱과 달리 인체의 장과 폐를 통과해 직접 혈액 속으로 직접 들어가 심장과 뇌를 포함한 장기로 이동할 수 있을 정도로 매우 작다.

이들 물질은 각각의 세포로 침입하여 태반을 통해 태아의 몸으로 들어갈 수 있다. 의학자들은 다양한 생물학적 체계에 미칠 수 있는 영향을 연구하기 위해 경쟁하고 있다.

컬럼비아 기후학교(Columbia Climate School)의 라몬트-도허티(Lamont-Doherty) 지구관측소의 환경화학자이자 이번 연구논문의 공동 저자인 베이잔 옌(Beizhan Yan) 교수는 “이전에는 이곳이 미지의 어두운 지역이었다. 독성 연구는 단지 거기에 무엇이 있는지 추측하는 것이었다”라면서 “이것은 우리에게 이전에 노출되지 않았던 세계를 들여다볼 수 있는 창을 열어준다”고 말했다.

새로운 현미경 기술에 의해 이미징된 폴리스티렌 플라스틱의 작은 입자. 가로 200나노미터, 즉 미터당 2천 억분의 1에 해당한다. [사진출처(Photo source) = 컬럼비아대학교(Columbia University)]

 

전세계 플라스틱 생산량은 연간 4억 미터톤(metric ton, 1M/T는 1kg의 1천 배)에 육박하고 있다. 매년 3천만 톤 이상이 물이나 땅에 버려지고 있으며, 합성섬유를 비롯한 플라스틱으로 만든 많은 제품은 사용 중에도 입자를 배출한다.

천연 유기물과 달리 대부분의 플라스틱은 비교적 양성물질로 분해되지 않는다. 그들은 단순히 동일한 화학적 조성을 지닌 점점 더 작은 입자로 나누고 재분배한다. 단일 분자를 넘어 얼마나 작아질 수 있는지에 대한 이론적 한계는 없다.

미세플라스틱은 5mm(1/4인치 미만)부터 1㎛(마이크로미터. 1㎛는 100만분의 1ｍ, 또는 1/2만5천 인치)까지의 조각으로 정의된다(사람 머리카락의 지름은 약 70㎛). 1㎛ 미만의 입자인 나노플라스틱은 10억분의 1ｍ 단위로 측정된다.

생수에 들어 있는 플라스틱은 2018년 연구에서 L당 평균 325개의 입자가 발견된 이후 크게 대중의 관심사가 되었다. 이후 연구에서는 그 수를 몇 배로 늘렸다. 과학자들은 지금까지 계산한 것보다 더 많은 것이 있을 것이라고 의심했지만 좋은 추정치는 나노 세계의 경계인 1마이크로미터 미만의 크기에서 멈췄다.

이 새로운 연구의 주 저자이자 컬럼비아대 대학원생인 나이신 키안(Naixin Qian)은 “사람들은 나노 입자를 볼 수 있는 방법들을 개발했지만, 그들이 무엇을 보고 있는지 알지 몰했다”고 이 말했다. 

나이신 키안은 “이전 연구에서 나노 질량에 대한 대량 추정치를 제공할 수 있었지만 대부분의 경우 개별 입자를 계산할 수 없었고 어느 것이 플라스틱인지 또는 다른 것인지 식별할 수 없었다”고 지적했다.

새로운 연구는 컬럼비아대 생물물리학자인 연구 공동저자인 웨이 민(Wei Min)이 공동 발명한 ‘유도 라만 산란 현미경(stimulated Raman scattering microscopy)’이라는 기술을 사용했다. 여기에는 특정 분자가 공명하도록 조정된 두 개의 동시 레이저를 사용하여 샘플을 조사하는 작업이 포함되었다.

연구팀은 7가지 일반 플라스틱을 대상으로 결과를 해석하기 위해 데이터 기반 알고리즘(algorithm)을 만들었다. 웨이 민은 “감지해야 하는 것과 무엇을 감지하고 있는지 아는 것은 별개의 문제”라고 말했다.

연구팀은 미국에서 판매되는 세 가지 인기 생수 브랜드(어떤 브랜드인지는 밝히지 않음)를 테스트하여 크기가 100나노미터(㎚)에 불과한 플라스틱 입자를 분석했다.

그들은 L당 11만 개에서 37만 개의 플라스틱 조각을 발견했는데, 그 중 90%는 나노플라스틱이었고, 나머지는 미세플라스틱이었다. 연구팀들은 또한 7개의 특정 플라스틱 중 어떤 것이 그것인지를 알아내었고, 그것들의 형태와 생물 의학 연구에서 가치가 있을 수 있는 품질들을 도표로 작성했다.

일반적인 것 중 하나는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 PET이였다. 많은 물병이 바로 이 소재로 만들어졌기 때문에 이는 놀라운 일이 아니다. 병에 든 탄산음료, 스포츠 음료, 케첩과 마요네즈와 같은 제품에도 사용된다.

검출 감도 및 해상도 특성화를위한 표준 PS 마이크로 나노 구체의 SRS 이미징. [그림출처(picture source) = 미국 국립과학원회보(PNAS)]

병을 압착하거나 열에 노출되면 조각이 떨어져 나가면서 물 속에 들어갈 수 있다. 최근 한 연구에 따르면 뚜껑(cap)을 반복적으로 열거나 닫을 때 많은 입자들이 물 속으로 들어가고 작은 조각들이 물 속으로 들어가는 것으로 나타났다.

그러나 PET는 나일론의 일종인 폴리아미드에 비해 압도적이었다. 아이러니하게도 Beizhan 베이잔 얀(Beizhan Yan)은 “아마도 물을 병에 담기 전에 정수하는 데 사용되는 플라스틱 필터에서 나온 것일 수 있다”고 말했습니다. 

컬럼비아대 연구팀들이 발견한 다른 일반적인 플라스틱으로는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 등 모두 다양한 산업 공정에서 사용된다.

연구팀들의 다소 충격적인 생각은, 그들이 검색한 7가지 플라스틱 유형은 샘플에서 발견된 전체 나노입자의 약 10%만을 차지했다. 그들은 나머지가 무엇인지 전혀 모른다. 만약 그것들이 모두 나노플라스틱이라면, 리터당 수천만 개가 될 수 있다는 것을 의미한다.

그러나 연구팀들은 “겉으로 보기에 단순해 보이는 물 샘플 내부의 복잡한 입자 구성을 나타내는 거의 모든 것이 될 수 있다”라면서 “천연 유기물의 공통적인 존재는 확실히 신중한 구별을 필요로 한다”고 연구논문에서 밝혔다.

연구자들은 이제 수병의 범위를 넘어서고 있다. 웨이 민(Wei Min)은 “연구해야 할 나노플라스틱의 세계는 엄청나다”면서 “나노플라스틱이 질량적으로는 미세플라스틱보다 훨씬 덜 포함되지만, 그것은 중요한 크기가 아니다. 왜냐하면 작은 것들이 더 쉽게 우리 안으로 들어갈 수 있기 때문”이라고 강조했다.

무엇보다도 연구팀은 생수보다는 훨씬 적지만 미세플라스틱을 함유한 것으로 밝혀진 수돗물을 살펴볼 계획이다. 

베이잔 옌(Beizhan Yan) 교수는 “사람들이 세탁을 할 때 하수로 들어가는 미세플라스틱과 나노플라스틱을 연구하는 프로젝트를 진행하고 있다. 지금까지 그가 계산한 바에 따르면 10파운드당 수백만 개가 많은 항목을 구성하는 합성물질에서 배출된다”고 말했다. 그와 동료들은 상업용 및 주거용 세탁기의 오염을 줄이기 위한 필터를 설계하고 있다.

SRS 맞춤형 데이터 기반 스펙트럼 매칭 알고리즘으로 중합체 식별을 위한 화학적 특이성을 복구. [그림출처(picture source) = 미국 국립과학원회보(PNAS)]

 

컬럼비아대 연구팀들은 곧 남극 서부를 도보로 횡단하는 영국 협력자들이 현재 수집하고 있는 눈 속의 입자들을 확인할 예정이다. 그들은 또한 환경보건 전문가들과 협력하여 다양한 인체 조직에서 나노플라스틱을 측정하고 발달 및 신경학적 효과를 조사하고 있다.

나이신 키안(Naixin Qian)은 “이렇게 많은 물건을 발견한 것은 전혀 예상치 못한 일이 아니다”라면서 “아이디어는 작은 것이 될수록 더 많은 것이 있다는 것”이라고 역설했다.

이 연구는 컬럼비아대학교 화학부의 신가오(Xin Gao)와 샤오치 랑(Xiaoqi Lang)과  라몬트-도허티(Lamont-Doherty) 지구관측소의  하이펑 덩(Huipeng Deng) 및 테오도라 마리아 브라투(Teodora Maria Bratu), 그리고 컬럼비아대 메일맨공중보건학교(Columbia’s Mailman School of Public Health)의  취수안 첸(Qixuan Chen), 러트거 대학(Rutgers University)의 피비 스테이플턴(Phoebe Stapleton) 등이 공동 연구 및 연구결과를 공동으로 집필했다.

[원문보기]

Bottled Water Can Contain Hundreds of Thousands of Previously Uncounted Tiny Plastic Bits, Study Finds

A New Microscopic Technique Zeroes in on the Poorly Explored World of Nanoplastics, Which Can Pass Into Blood, Cells and Your Brain

 

In recent years, there has been rising concern that tiny particles known as microplastics are showing up basically everywhere on Earth, from polar ice to soil, drinking water and food. 

Formed when plastics break down into progressively smaller bits, these particles are being consumed by humans and other creatures, with unknown potential health and ecosystem effects. One big focus of research: bottled water, which has been shown to contain tens of thousands of identifiable fragments in each container.

Now, using newly refined technology, researchers have entered a whole new plastic world: the poorly known realm of nanoplastics, the spawn of microplastics that have broken down even further. 

For the first time, they counted and identified these minute particles in bottled water. They found that on average, a liter contained some 240,000 detectable plastic fragments?10 to 100 times greater than previous estimates, which were based mainly on larger sizes.

The study was just published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences.

Nanoplastics are so tiny that, unlike microplastics, they can pass through intestines and lungs directly into the bloodstream and travel from there to organs including the heart and brain. 

They can invade individual cells, and cross through the placenta to the bodies of unborn babies. Medical scientists are racing to study the possible effects on a wide variety of biological systems.

“Previously this was just a dark area, uncharted. Toxicity studies were just guessing what’s in there,” said study coauthor Beizhan Yan, an environmental chemist at  Columbia Climate School’s Lamont-Doherty Earth Observatory. “This opens a window where we can look into a world that was not exposed to us before.”

Worldwide plastic production is approaching 400 million metric tons a year. More than 30 million tons are dumped yearly in water or on land, and many products made with plastics including synthetic textiles shed particles while still in use. 

Unlike natural organic matter, most plastics do not break down into relatively benign substances; they simply divide and redivide into smaller and smaller particles of the same chemical composition. Beyond single molecules, there is no theoretical limit to how small they can get.

Microplastics are defined as fragments ranging from 5 millimeters (less than a quarter inch) down to 1 micrometer, which is 1 millionth of a meter, or 1/25,000th of an inch. (A human hair is about 70 micrometers across.) Nanoplastics, which are particles below 1 micrometer, are measured in billionths of a meter.

Plastics in bottled water became a public issue largely after a 2018 study detected an average of 325 particles per liter; later studies multiplied that number many times over. Scientists suspected there were even more than they had yet counted, but good estimates stopped at sizes below 1 micrometer?the boundary of the nano world.

“People developed methods to see nano particles, but they didn’t know what they were looking at,” said the new study’s lead author, Naixin Qian, a Columbia graduate student in chemistry. She noted that previous studies could provide bulk estimates of nano mass, but for the most part could not count individual particles, nor identify which were plastics or something else.

The new study uses a technique called stimulated Raman scattering microscopy, which was co-invented by study coauthor Wei Min, a Columbia biophysicist. This involves probing samples with two simultaneous lasers that are tuned to make specific molecules resonate. 

Targeting seven common plastics, the researchers created a data-driven algorithm to interpret the results. “It is one thing to detect, but another to know what you are detecting,” said Min.

The researchers tested three popular brands of bottled water sold in the United States (they declined to name which ones), analyzing plastic particles down to just 100 nanometers in size. 

They spotted 110,000 to 370,000 plastic fragment in each liter, 90% of which were nanoplastics; the rest were microplastics. They also determined which of the seven specific plastics they were, and charted their shapes?qualities that could be valuable in biomedical research.

One common one was polyethylene terephthalate or PET. This was not surprising, since that is what many water bottles are made of. (It is also used for bottled sodas, sports drinks and products such as ketchup and mayonnaise.) 

It probably gets into the water as bits slough off when the bottle is squeezed or gets exposed to heat. One recent study suggests that many particles enter the water when you repeatedly open or close the cap, and tiny bits abrade.

However, PET was outnumbered by polyamide, a type of nylon. Ironically, said Beizhan Yan, that probably comes from plastic filters used to supposedly purify the water before it is bottled. Other common plastics the researchers found: polystyrene, polyvinyl chloride and polymethyl methacrylate, all used in various industrial processes.

A somewhat disturbing thought: the seven plastic types the researchers searched for accounted for only about 10% of all the nanoparticles they found in samples; they have no idea what the rest are. If they are all nanoplastics, that means they could number in the tens of millions per liter. 

But they could be almost anything, “indicating the complicated particle composition inside the seemingly simple water sample,” the authors write. “The common existence of natural organic matter certainly requires prudent distinguishment.”

The researchers are now reaching beyond bottled water. “There is a huge world of nanoplastics to be studied,” said Min. He noted that by mass, nanoplastics comprise far less than microplastics, but “it’s not size that matters. It’s the numbers, because the smaller things are, the more easily they can get inside us.”

Among other things, the team plans to look at tap water, which also has been shown to contain microplastics, though far less than bottled water. Beizhan Yan is running a project to study microplastics and nanoplastics that end up in wastewater when people do laundry-by his count so far, millions per 10-pound load, coming off synthetic materials that comprise many items. (He and colleagues are designing filters to reduce the pollution from commercial and residential washing machines.) 

The team will soon identify particles in snow that British collaborators trekking by foot across western Antarctica are currently collecting. They also are collaborating with environmental health experts to measure nanoplastics in various human tissues and examine their developmental and neurologic effects.

“It is not totally unexpected to find so much of this stuff,” said Qian. “The idea is that the smaller things get, the more of them there are.”

The study was coauthored by Xin Gao and Xiaoqi Lang of the Columbia chemistry department; Huipeng Deng and Teodora Maria Bratu of Lamont-Doherty; Qixuan Chen of Columbia’s Mailman School of Public Health; and Phoebe Stapleton of Rutgers University.

[출처 = 컬럼비아대학교(Columbia University)(https://news.climate.columbia.edu/2024/01/08/bottled-water-can-contain-hundreds-of-thousands-of-previously-uncounted-tiny-plastic-bits-study-finds/) / 2024년 1월 8일]

[연구논문출처 = 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNS) ( https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300582121 ) / 2024년 1월 8일자]