口罩风险：口罩中的化学添加剂及其生态健康风险
环境研究院应光国教授团队黄国勇、李小佩等人在环境与生态领域顶级期刊《Environmental Science & Technology》上发表了题为“Identification of Additives in Disposable Face Masks and Evaluation of Their Toxicity Using Marine Medaka (Oryzias melastigma)”的研究性文章
图文摘要
背景
新冠肺炎的大规模爆发导致了全球对口罩的巨大需求。然而由于口罩的不当处理，导致了口罩在河流、河口等水生环境中泛滥成灾，最终进入海洋，影响生态系统健康。废弃口罩已经成为了海洋环境中的新型污染物，引发了社会各界的广泛关注。然而，人们对口罩的添加剂及其对水生生态系统的潜在风险缺乏认识。为了解决这个问题，使用非靶标分析和生物测定法测定了13种口罩（如聚丙烯、聚乙烯和聚乳酸）中的添加剂及其毒性。本研究的结果将使我们更好地了解口罩对海洋生态系统构成的风险。
成果简介
1. 口罩中添加剂的化学特征
(1) 添加剂的定性分析
图1A显示，在所有口罩中检测到了826种不同的添加剂。其中，有213种添加剂的置信水平为1和2，9种添加剂的置信水平为1。根据功能，将口罩中鉴定出的添加剂分为29组，其中中间体（14.8%）、表面活性剂（9.3%）、增塑剂（8.2%）和抗氧化剂（6.1%）是最常见的几种（图1A）。在PLA口罩（FM1-3）中发现的添加剂数量介于193至292之间，这比大多数非降解口罩（FM5-13）中发现的添加剂数量要多（图1B）。分子网络分析显示存在13个簇，其中前三个簇分别由33、31和20个节点组成，另外还有67个单独节点（图1C）。簇I不包含F和P片段，因为分子网络分析没有鉴定出任何含有F和P的化合物，表明这两种方法确定的某些化合物在结构上可能略有不同。同时，簇II中m/z 188.18的节点与2-丙烯过氧酸相匹配，而簇III被鉴定为脂质化合物（图1C）。
(2) 添加剂的定量分析
在口罩中定量了10种添加剂，包括增塑剂和紫外线吸收剂。这些添加剂的浓度范围分别为9.4-978.2 ng/g和24.7-318.8 ng/g（图2A）。另外，我们检测到了13种金属元素，包括Mg、Zn、Al、Fe、Cu、Sr、Cr、Ga、Mn、Co、Ni、Cd和Pb。然而，这些金属在口罩中的含量存在显著差异（图2B）。具体来说，Mg、Zn、Al、Fe和Cu在某些口罩中的浓度相对较高（图2B）。
图1. 定性分析口罩中有机添加剂.
图2. 定量分析口罩中有机和无机添加剂
2. 添加剂对海水青鳉早期发育的毒性。
(1) 发育毒性
两种口罩（FM8和FM12）导致孵化率显著增加（图3A）。在7 dpf时，13个口罩中有3个口罩（FM9、FM11和FM12）心跳增加，而在11 dpf时，13个口罩中有2个口罩（FM6和FM13）心跳增加（图3B）。在7 dpf时，2个 PLA口罩（FM1和FM2）导致胚胎中的油滴异常融合（图3C）。在11 dpf时，口罩的13个口罩中有5个口罩（FM1-3、FM11和FM13）显示卵黄囊水肿发生率增加，其中PLA口罩（FM1-3）引起的卵黄囊水肿比例更大（图3C）。此外， 13个口罩中有3个口罩（FM11-13）在11 dpf时引起脊柱畸形增加（图3C）。在所有口罩中，口罩FM12似乎具有更严重的发育毒性，包括孵化率增加、心跳改变和卵黄囊水肿增加。这可能是由于此口罩中存在的添加剂。其中，8个发育基因（pparα、pparβ、pparγ、cyp1a、cyp26b1、sult、pax8和gata4）被口罩显著改变（图3D）。因此，口罩对胚胎发育相关基因转录表达的改变可能部分解释了观察到的生理变化。
图3.口罩甲醇提取液对海水青鳉胚胎/幼体的发育影响
(2) 行为毒性
13种口罩中，有5种（主要是不可降解口罩）会影响海水青鳉幼鱼的总游泳距离和黑暗中的距离（图4A）。不可降解的口罩可能比PLA口罩具有更大的神经毒性。然而，本研究中不可降解口罩中的添加剂数量低于PLA口罩，表明不可降解口罩中的某些添加剂可能对幼鱼的神经毒性产生重大影响。。口罩引起的18个总基因中的11个基因的转录水平发生了显著变化（图4B）。FM4和FM5口罩显著刺激了gfap、shha、syn2a、pcdh18、manf和dio2的转录，而降解口罩影响较少的基因（图4B）。这些发现结合起来可以部分解释海水青鳉幼鱼游泳行为的改变。
图4. 口罩甲醇提取液对海水青鳉幼体的神经效应
(3)内分泌干扰效应。
暴露于 FM1、FM2、FM4和FM12口罩，增加了海水青鳉E2浓度（图5A），而FM2、FM7和FM11口罩则提高了海水青鳉11-KT浓度（图5A）。暴露于FM5和FM13口罩增加了Esr浓度，而暴露于FM4和FM13口罩增加了VTG浓度（图5A）。激素和蛋白质浓度的显著变化表明内分泌系统可能受到干扰。先前的研究表明，塑料中的添加剂会引起动物体内的Esr和VTG浓度。本研究中检测到的许多口罩中的添加剂，包括邻苯二甲酸盐、酚类化合物、含Cl和Br原子的化学物质、紫外线吸收剂和抗氧化剂，已知在鱼类中具有雌激素效应，这表明口罩中的某些添加剂可能具有内分泌干扰作用。另外，19个内分泌相关基因中有9个的转录表达受到口罩的影响（图5B）。13个口罩中有12个口罩显著改变了与内分泌相关的基因转录表达（图5B）。
图5.口罩甲醇提取液对海水青鳉的雌激素效应
全文链接
Li Xiao-Pei, Huang Guo-Yong*, Qiu Shu-Qing, Lei Dong-Qiao, Wang Chen-Si, Xie Lingtian, Ying Guang-Guo. 2024. Identification of Additives in Disposable Face Masks and Evaluation of Their Toxicity Using Marine Medaka (Oryzias melastigma). Environmental Science & Technology. 58,121-131. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c06216?ref=PDF