Un colorante arancione, dell’acqua e particelle di polistirene. Dopo dieci giorni il colore era quasi sparito: circa il 90% della sostanza si era degradato. Negli altri solventi usati come confronto, invece, quasi nulla. È uno degli esperimenti con cui un gruppo di ricercatori ha scoperto qualcosa di piuttosto scomodo sulle microplastiche: quando incontrano l’acqua, la loro superficie può diventare chimicamente attiva.
Lo studio pubblicato su Nature, coordinato da ricercatori della Columbia University e dell’Università della California a Berkeley, mostra che alcune delle plastiche più comuni generano spontaneamente specie reattive dell’ossigeno, tra cui radicali idrossilici. Molecole estremamente reattive che, negli esperimenti, sono state associate anche a danni alle proteine e alle cellule.
La plastica, insomma, potrebbe fare qualcosa di più che galleggiare, accumularsi o trasportare sostanze sulla propria superficie. Una volta ridotta in frammenti minuscoli e immersa nell’acqua, quella stessa superficie partecipa alla chimica che avviene intorno.
Cosa succede quando plastica e acqua si incontrano
I ricercatori hanno analizzato sei polimeri di larghissimo utilizzo: polipropilene (PP), polietilene (PE), PVC, polistirene (PS), PET e PMMA, il cosiddetto plexiglass. In tutti e sei i casi hanno rilevato la produzione spontanea di radicali, anche se con intensità molto diverse.
A fare la differenza sembra essere soprattutto l’idrofobicità, cioè quanto una superficie tende a respingere l’acqua. Più la plastica era idrofobica, maggiore risultava la sua attività chimica all’interfaccia con l’acqua.
Ed è qui che le dimensioni contano parecchio. Quando un pezzo di plastica si frammenta, aumenta enormemente la superficie esposta rispetto al suo volume. Un oggetto apparentemente stabile diventa migliaia o milioni di particelle con una quantità molto maggiore di superficie a contatto con l’ambiente circostante.
Le simulazioni molecolari realizzate dal gruppo di Teresa Head-Gordon a Berkeley aiutano a spiegare il meccanismo. Vicino alla superficie idrofobica della plastica, la disposizione dell’acqua e le cariche elettriche presenti all’interfaccia rendono energeticamente più favorevole il trasferimento di elettroni. Da questo processo possono formarsi radicali idrossilici, indicati con •OH.
In parole più semplici: l’acqua non si limita a bagnare la microplastica. In determinate condizioni, l’incontro tra le due crea una piccola zona chimicamente molto più vivace di quanto si pensasse.
Gli effetti osservati su proteine e cellule
La parte più delicata dello studio arriva quando i ricercatori hanno provato a capire cosa comportasse questa attività in un sistema biologico.
Le molecole cariche tendevano ad accumularsi sulla superficie delle microplastiche. Utilizzando il lisozima come proteina modello, il gruppo ha osservato la formazione di aggregati vicino alle particelle di polistirene. Quando è stata aggiunta caffeina, utilizzata nell’esperimento come sostanza capace di intercettare i radicali, l’aggregazione si è ridotta sensibilmente. Un altro indizio del ruolo svolto dalle specie reattive generate sulla superficie.
Poi sono arrivati i globuli rossi di topo. Dopo il contatto con alcune microplastiche, una parte delle cellule ha mostrato alterazioni della forma e rilascio di emoglobina, segnale di emolisi. Anche in questo caso l’intensità del danno seguiva abbastanza da vicino l’attività chimica misurata per i diversi tipi di plastica.
Sono risultati importanti, ma il confine dell’esperimento va tenuto ben visibile: parliamo di test di laboratorio, proteine modello e globuli rossi di topo. Lo studio individua un possibile meccanismo attraverso cui le microplastiche possono danneggiare sistemi biologici; non dimostra che bere acqua da una bottiglia di plastica provochi automaticamente questi effetti nell’organismo umano.
La dose, le dimensioni delle particelle, la loro superficie, il tempo di esposizione e ciò che accade alle plastiche nel mondo reale restano variabili decisive.
La plastica potrebbe dover essere progettata diversamente
La scoperta mette comunque in discussione un presupposto molto comodo: considerare le plastiche materiali sostanzialmente inerti e concentrarsi soprattutto sulle sostanze che possono trasportare o rilasciare. Qui il problema nasce anche dalla superficie stessa.
Secondo gli autori, capire quali caratteristiche rendano alcune plastiche più reattive potrebbe aiutare a progettare materiali con interazioni meno problematiche con l’acqua. La Columbia University, presentando la ricerca, indica proprio nella chimica delle superfici una possibile strada per sviluppare plastiche più sicure; nell’articolo gli autori dichiarano inoltre che l’università ha depositato una domanda di brevetto provvisoria basata sul lavoro.
C’è ancora parecchia strada tra un esperimento controllato e una nuova generazione di bottiglie, contenitori o imballaggi. Ma una cosa adesso è più difficile da dare per scontata: quando la plastica diventa abbastanza piccola e incontra l’acqua, potrebbe essere molto meno passiva di quanto suggerisca il suo aspetto.