Plastic staat bekend als een materiaal dat nauwelijks chemische reacties aangaat. Maar zodra het uiteenvalt in microscopisch kleine deeltjes, verandert dat. Amerikaanse onderzoekers hebben ontdekt dat microplastics in contact met water reactieve stoffen kunnen produceren die eiwitten en cellen beschadigen.
Kunststoffen worden onder meer gebruikt voor drinkflessen en voedselverpakkingen vanwege hun chemische stabiliteit. Toch blijkt het nogal uit te maken of je een intacte plastic fles onderzoekt of duizenden minuscule plasticdeeltjes.
Wanneer plastic uiteenvalt in steeds kleinere fragmenten, neemt het totale oppervlak ten opzichte van het volume sterk toe. Juist op dat oppervlak vonden onderzoekers van Columbia University en de University of California, Berkeley een onverwachte chemische reactie. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
Water speelt een onverwachte rol
De onderzoekers ontdekten dat op de grens tussen plastic en water zogeheten hydroxylradicalen kunnen ontstaan. Dit zijn zeer reactieve deeltjes die onder meer eiwitten en celmembranen kunnen aantasten. Opvallend genoeg is daar geen zonlicht of toegevoegde vervuilende stof voor nodig. De reactie ontstaat door de wisselwerking tussen water en het waterafstotende oppervlak van het plastic.
Volgens de onderzoekers verandert de ordening van watermoleculen vlak bij het plasticoppervlak. Ook ontstaan daar elektrische ladingen. Hierdoor kunnen hydroxide-ionen gemakkelijker een elektron afstaan, waardoor hydroxylradicalen ontstaan.
Het team onderzocht zes veelgebruikte kunststoffen, waaronder polyethyleen, polypropyleen, polystyreen en PET. Bij alle zes werd chemische activiteit vastgesteld, al verschilden de reacties aanzienlijk. Vooral sterk waterafstotende kunststoffen, zoals polyethyleen en polypropyleen, bleken relatief veel reactieve deeltjes te produceren.
Eiwitten klonteren samen
Om te onderzoeken wat dit betekent voor levende organismen, voerden de wetenschappers verschillende laboratoriumproeven uit. Daaruit bleek dat bepaalde eiwitten in aanwezigheid van microplastics gingen samenklonteren. Toen de onderzoekers een stof toevoegden die de gevormde radicalen kon wegvangen, nam die samenklontering sterk af.
Ook onderzochten ze het effect op rode bloedcellen van muizen. Na blootstelling aan microplastics raakten sommige cellen vervormd en beschadigd. Bij bepaalde kunststofsoorten trad zelfs afbraak van rode bloedcellen op.
De resultaten bieden daarmee een mogelijke verklaring voor de schadelijke effecten die in eerder onderzoek met microplastics in verband zijn gebracht. Dat betekent overigens niet dat hiermee is bewezen dat microplastics bij normale blootstelling dezelfde schade in het menselijk lichaam veroorzaken. De experimenten vonden plaats onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. Hoe groot de bijdrage van deze chemische reacties aan gezondheidsproblemen bij mensen daadwerkelijk is, moet nog worden vastgesteld.
Gevolgen voor de ontwikkeling van plastics
De ontdekking kan ook gevolgen hebben voor de manier waarop kunststoffen worden ontworpen. Tot nu toe lag bij de beoordeling van plastic vooral de nadruk op de samenstelling van het materiaal en eventuele schadelijke stoffen die eruit kunnen vrijkomen.
Volgens de onderzoekers verdient ook de wisselwerking tussen het kunststofoppervlak en water aandacht. Door de oppervlaktechemie aan te passen, zouden fabrikanten mogelijk materialen kunnen ontwikkelen die minder reactieve stoffen produceren. Dat kan niet alleen relevant zijn voor voedselverpakkingen, maar ook voor kunststoffen die uiteindelijk als kleine deeltjes in rivieren, meren en oceanen terechtkomen.
