科学者はついに分解するマイクロプラスチックの3D画像を得る

小さく分解されたマイクロプラスチックは、胎盤、母乳、精液、そしておそらくは私たちの脳にも見つかっています。これらの破片が何をしているのかはまだ正確にはわかっていませんが、多くの健康問題の原因になるのではないかと懸念する専門家もいます。マイクロプラスチックはますます蔓延していますが、そもそも何が原因となって分解するのか、科学者も正確にはわかっていません。しかし、3D画像を使ってこれらの粒子の内部を覗き見る新しいアプローチは、これらのマイクロプラスチックがどのように分解されるかについて、より確かな洞察を提供するのに役立つ可能性があります。

今週、ナノテクノロジー誌に新たな研究が発表された。 従来の 2D 顕微鏡と、細胞や高分子を観察するのに通常使用される 3D 画像技術を組み合わせて、これまでよりも詳細にプラスチックの劣化を観察します。これまで、研究者がマイクロ プラスチックやさらに小さなナノ プラスチックを観察するには、X 線などの 2 次元表面に限られていました。電子トモグラフィーと呼ばれるプロセスを使用することで、研究者は粒子とその内部の複数の断面を見ることができました。これにより、マイクロ プラスチックとナノ プラスチックの劣化方法にわずかな違いがあることが明らかになりました。

「この知識は、マイクロおよびナノスケールでプラスチックを分解するより効果的な方法を開発するために極めて重要です」とウォータールー大学のボクシン・ジャオ教授は声明で述べた。

3D画像でプラスチックの破砕の様子を垣間見る

研究者たちは、テストのために、自然界でプラスチックがどのように分解するかを素早くシミュレートする方法を見つける必要がありました。そのために、研究者たちはペトリ皿にマイクロプラスチックとナノプラスチックのサンプルを採取し、紫外線と酸化チタン触媒で処理しました。この光触媒プロセスにより、材料が分解する様子を観察することができました。そのプロセスの前に、研究者たちは透過型電子顕微鏡を使用して、サンプルが複数の方向に回転する様子を多数の画像で撮影しました。電子トモグラフィー画像化技術は、CTスキャンで使用される技術に似ており、結晶の欠陥を原子レベルで観察するためにも使用されます。

マイクロプラスチック内部の3Dビュー

平らな部分はナノプラスチックが付着している支持フィルムです。塊状の部分がナノプラスチックです。回転すると、このナノプラスチックの全体がはっきりと見えます。 – ウォータールー大学

研究者らが、分解したマイクロプラスチックの 3D 画像を対照品と比較したところ、マイクロプラスチックは鋭くギザギザの破断点に断片化する傾向があることがわかった。研究者らは、この破断はプラスチック粒子内部に亀裂が生じることで生じる可能性があると理論づけた。対照的に、分解したナノプラスチックのサンプルはより丸みを帯び、鋭いエッジに沿った破断は少なかった。環境中でプラスチックが分解する仕組みに関して、これらすべてが何を意味するのかはまだ不明だが、観察結果は、将来の研究に役立つ詳細をさらに提供してくれるだろう。

ナノプラスチック内部の3Dビュー

この画像はナノプラスチック全体を透視した画像です。ナノプラスチック粒子のあらゆる部分をこれまでよりはるかに鮮明に検査できるようになったことを示しています。 – ウォータールー大学

マイクロプラスチックは世界中の人間の体内に現れている

人間の体内にマイクロプラスチックが蓄積していることを示す研究が増えているのは、世界中でプラスチック汚染が深刻化している時期です。国連の分析では、人間が毎年生み出すプラスチック廃棄物はおよそ 4 億トンと推定されています。生産されるプラスチックの約 36% は包装に使用され、そのうち約 85% は埋め立て地や規制されていない廃棄物として処分されます。マイクロプラスチックの痕跡はいたるところに存在し、人間が探し求める地球上のほぼあらゆる場所で見つかっています。プラスチックは時間の経過とともに劣化し、分解されて環境に再吸収され、動物に食べられるようになります。

マイクロプラスチックが人間に及ぼす健康への悪影響に関する研究はまだ進行中だが、一部の研究者は、炎症性腸疾患、大腸がん、ホルモン異常、さらには精子数の減少やホルモン異常などの健康問題の増加率に寄与している可能性があると示唆している。マイクロプラスチックの存在は、性別、人口統計、地域の違いを超えて持続しているようだ。2022年の研究では、母乳にもマイクロプラスチックが含まれていることが明らかになったが、これは乳児が化学汚染物質の影響を受けやすいため、特に懸念される。

3D イメージング研究の研究者たちは、この新しいアプローチが、今後プラスチックの劣化を緩和する取り組みに役立つことを期待しています。この研究に参加している研究者の何人かは、バクテリアがマイクロプラスチックを摂取し、それをバッグやその他のプラスチック素材の製造に再利用できるバイオポリマーに変える可能性がある新しい「バイキング法」も研究しています。