시판되는 플라스틱 용기에 들은 생수에서 검출된 나노플라스틱 시험방법 및 실제 검출 사례에 대한 미국 국립과학원 회보(PNAS) 관련 논문 및 추가 자료를 공유드립니다.
참조하십시요.
https://news.jtbc.co.kr/article/article.aspx?news_id=NB12159943
"생수 1ℓ에서 나노 플라스틱 24만개 검출"…혈액·간·뇌 침투 가능성
〈일러스트=연합뉴스〉 시판되는 생수 1ℓ에서 미세 플라스틱(microplastics)보다 훨씬 더 많은 양의 나노 플라스틱(nanoplastics)..
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---- 한국분석과학연구소 ----
Rapid single- particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy
SRS 현미경을 이용한 나노플라스틱의 신속한 단일 입자 화학 이미징
중요성
플라스틱의 널리 사용으로 인해 발생하는 미세-나노 플라스틱은 전 세계적으로 점점 더 우려를 불러일으키고 있습니다. 그러나 효과적인 분석 기술이 부족하기 때문에 나노플라스틱에 대한 근본적인 지식 격차가 남아 있습니다. 본 연구에서는 전례 없는 민감도와 특이성을 갖춘 나노플라스틱의 신속한 분석을 위한 강력한 광학 이미징 기술을 개발했습니다. 실증을 위해 생수에 들어 있는 미세/나노 플라스틱을 개별 플라스틱 입자의 다차원 프로파일링을 통해 분석했습니다. 정량화에 따르면 생수 1리터당 105개 이상의 입자가 존재하며, 그 중 대부분은 나노플라스틱입니다. 이 연구는 나노 수준에서 플라스틱 오염에 대한 지식 격차를 해소할 수 있는 가능성을 갖고 있습니다.
초록
이제 플라스틱은 우리 일상생활 곳곳에 자리잡고 있습니다. 미세플라스틱 (길이 1 μm ~ 5 mm)과 심지어 나노플라스틱(< 1 μm)의 존재로 인해 최근 건강 문제가 제기되었습니다. 특히, 나노플라스틱은 미세세플라스틱에 비해 크기가 작아 인체에 유입되기가 훨씬 더 쉬우므로 독성이 더 강한 것으로 여겨집니다. 그러나 나노플라스틱을 검출하는 것은 나노 수준의 민감도와 플라스틱 식별 특이성 모두에 엄청난 분석적 과제를 부과하며, 이는 우리를 둘러싼 이 신비로운 나노 세계에 대한 지식 격차를 초래합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 우리는 높은 화학적 특이성과 처리량으로 단일 입자 수준에서 미세/나노 플라스틱 분석을 가능하게 하는 자동 플라스틱 식별 알고리즘을 갖춘 초분광 자극 #라만 산란(SRS) 이미징 플랫폼을 개발했습니다. 우리는 먼저 100 nm 이하의 고속 단일 나노플라스틱 검출 및 협대역 초분광 이미징으로 인한 스펙트럼 식별 문제를 해결하고 일반적인 플라스틱 폴리머에 대한 강력한 결정을 달성하기 위해 데이터 기반 스펙트럼 매칭 알고리즘을 고안했습니다. 확립된 기술을 바탕으로 생수에 함유된미세-나노 플라스틱을 모델 시스템으로 연구했습니다. 우리는 주요 플라스틱 유형에서 나노플라스틱을 성공적으로 탐지하고 식별했습니다. 미세-나노 플라스틱 농도는 생수 1리터당 약 2.4 ± 1.3 × 105개의 입자로 추정되며, 그 중 약 90%가 나노플라스틱입니다. 이는 이전에 생수에서 보고된 미세플라스틱 함량보다 훨씬 더 많은 수치입니다. 높은 처리량의 단일 입자 계수는 플라스틱 구성과 형태 사이의 탁월한 입자 이질성과 비직교성을 나타냅니다. 그 결과 다차원 프로파일링은 나노플라스틱 과학에 대한 빛을 밝혀줍니다.
플라스틱 오염은 매년 플라스틱 소비가 증가하면서 전 세계적으로 우려가 커지고 있습니다(1). 미세플라스틱 오염은 환경의 거의 모든 곳과 심지어 인간의 생물학적 샘플에서도 널리 확인되었습니다(2-4). 더욱이, 점점 더 많은 발견은 플라스틱 중합체의 단편화가 미크론 수준에서 멈추지 않고 오히려 예상되는 양이 훨씬 더 높은 나노플라스틱을 계속 형성한다는 것을 시사합니다(5). 연구자들은 형광 염료 또는 금속 라벨이 있는 가공 플라스틱 입자를 사용하여 나노플라스틱이 생물학적 장벽을 넘어 생물학적 시스템에 들어갈 가능성을 보여 주었으며(6-9), 잠재적인 독성에 대한 대중의 우려를 불러일으켰습니다(10).
우려 사항을 평가해야 한다는 촉구에도 불구하고 나노플라스틱 분석은 기존 기술로는 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다. 모델 시스템으로 실험실에서 준비된 공학적 나노입자와는 달리, 환경에 존재하는 실제 나노플라스틱은 본질적으로 라벨이 없으며 화학적 조성과 입자 형태 모두에서 상당한 이질성을 가지며(11) 이에 따라 다양한 독성 영향을 견딜 수 있습니다(12, 13). 이러한 이질적인 집단에 인코딩된 나노플라스틱의 출처, 풍부함, 운명 및 잠재적 독성에 관한 기존 지식 격차를 해결하려면 앙상블 측정으로 인한 정보 손실을 방지하기 위해 화학적 특이성을 갖춘 단일 입자 이미징이 의심할 여지 없이 필수적입니다. 그러나 전통적인 단일 입자 화학 이미징 기술, 즉 #FTIR 또는 #Raman 현미경은 상대적으로 낮은 기기 해상도와 검출 감도로 인해 어려움을 겪고 있으며(14, 15), 이는 미세플라스틱 수준에서만 이질성을 밝히는 데 성공을 제한합니다(16, 17). 전자 현미경 및 원자력 현미경과 같이 플라스틱 입자에 대한 나노 감도를 갖춘 입자 이미징 기술에는 다양한 구성을 구별하는 데 중요한 화학적 특이성이 부족합니다(18, 19). 광범위한 노력이 이루어졌습니다. 그러나 대부분의 기술은 여전히 분석 과학에서 반복되는 주제인 민감도와 특이성 사이의 근본적인 균형에 묶여 있습니다(15, 20). 최근 AFM-IR 및 STXM(21-23)에 의해 입증된 화학 분광법을 사용한 단일 입자 이미징은 충분한 입자가 있는 환경 마이크로 나노 플라스틱을 정량화하기에는 처리량이 너무 낮은 경향이 있습니다(플라스틱 식별을 위한 스펙트럼에서 >10 min/μm2). 통계. 요약하면, 단일 입자 분석의 민감도, 특이성 및 처리량은 실제 샘플에서 나노플라스틱을 분석하기 위한 세 가지 중요한 요구 사항입니다.
여기에서는 세 가지 요구 사항을 충족하는 강력한 나노플라스틱 검출 플랫폼인 데이터 과학 기반 초분광 자극 라만 산란(SRS) 현미경을 소개합니다. SRS 현미경 검사법은 유도 라만 분광법을 이미징 대비 메커니즘으로 활용하며 생체의학 이미징에서 유용성이 증가하고 있음을 발견했습니다(24-27). SRS는 일반 라만 이미징 속도를 1,000배 이상(26-29) 향상시켜 미세플라스틱을 빠르게 식별할 수 있는 것으로 알려져 있지만(30, 31), 나노플라스틱을 분석하는 유틸리티에 대해서는 아직 연구가 진행 중입니다. 단일 입자 검출에 필요한 감도를 최대화하기 위해 자극 빔의 모든 에너지를 가장 큰 라만 단면적을 갖는 특징적인 진동 모드를 목표로 집중시켜 협대역 SRS 이미징 방식을 채택했습니다(32). 그런 다음 이론적으로나 실험적으로 협대역 #SRS 이미징을 통해 100 nm만큼 작은 나노플라스틱을 감지할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 검출 한계를 초과하는 가장 강한 진동 시그니처의 제한된 스펙트럼 특징은 처리량이 많은 플라스틱 입자 분석에 필수적인 자동 스펙트럼 식별에 어려움을 안겨줍니다. 이러한 근본적인 감도-특이성 상충 관계를 해결하고 초분광 SRS 이미징의 잠재력을 최대한 활용하기 위해 우리는 7가지 일반적인 플라스틱 표준의 스펙트럼 라이브러리를 기반으로 하는 데이터 기반 SRS 맞춤형 스펙트럼 매칭 알고리즘을 고안했습니다. SRS 분광법 형태의 진동 신호에서 나오는 고유한 화학적 특이성은 데이터 과학의 도움으로 나노플라스틱 검출을 위한 자동화된 폴리머 식별을 위해 성공적으로 복구되었습니다.
이 플랫폼을 갖추고 실제 샘플의 프로토타입으로 매일 소비되는 생수에 포함된 마이크로 나노 플라스틱을 연구했습니다. 라이브러리에서 7개 플라스틱 폴리머 모두에 대한 개별 입자가 식별되어 100~200 nm 크기의 플라스틱 입자에 대한 통계 분석이 가능해졌습니다. 미세-나노 플라스틱에 대한 노출은 특정 폴리머 구성을 사용하여 추정되었습니다. 이미징의 형태학적 정보를 통합하여 개별 플라스틱 입자의 다차원 특성화가 보고되어 우리를 둘러싸고 있는 숨겨진 미세-나노 세계에서 플라스틱 입자의 전반적인 이질성을 드러냅니다.
Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy (pnas.org)
Supplementary information
Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy
