近日的新闻热点“常州外国语学校污染事件”再一次引发了大家对环境中污染物的关注和担忧。作为学化学的各位，这些成为污染物的化学品可能大家并不陌生，甚至还可能研究过怎样合成或生产它们。但是，化学不代表污染，也不应该代表污染，化学家们也正运用自己的专业知识来帮助人们防治污染。近日在美国化学会（ACS）旗下新闻周刊CE&N以封面文章的形式，介绍了一种简单的硅胶手环，能帮助人们更方便的监测环境中化学污染物。
原作者：Britt E. Erickson
原标题：A simple way to track your everyday exposure to chemicals
图片来源：Will Ludwig/C&EN/Shutterstock
在美国俄勒冈州，有92名学龄前儿童参与了一个由俄勒冈州立大学的研究人员发起的实验项目。孩子们带上了研究人员提供的各种颜色的硅胶手环，一段时间之后，这些孩子的家长们将这些手环交还给研究人员进行分析，以确定这些孩子们是否曾接触过阻燃剂。结果让人惊讶，孩子们接触到了多种早已在美国停产的多溴联苯醚（PBDE）分子，以及替代多溴联苯醚并被广泛使用的有机磷阻燃剂。她们的研究成果发表于《Environmental Research》。（Using silicone wristbands to evaluate preschool children's exposure to flame retardants. Environ. Res., DOI: 10.1016/j.envres.2016.02.034）
目前得到的分析结果还只是定性的，这个由化学家Kim Anderson领导的团队正在研究如何从中得到更加定量的信息。
该团队的工作是评估硅胶手环的环境监测效果的几个项目之一，目的是记录人与空气、水和个人护理产品中的有机化学物质的接触。Anderson团队的这项技术最早在2014年发表于《Environmental Science & Technology》（DOI: 10.1021/es405022f），自那以后引起了广泛的注意和需求，这也让Anderson决定创立一家名为MyExposome公司，以使这项技术能尽快的推向市场。
Kim Anderson教授。图片来源：Oregon State University
简单的可穿戴设备
传统的个人空气监测设备往往需要笨重的空气泵、过滤器和电子设备，与之相比，硅胶手环很容易佩戴，而且轻便舒适。参与者在一段固定的时间（通常为一天、一周或一个月）不间断地佩戴该手环，无论是跑步、洗澡、遛狗、游泳，还是睡觉、吃饭、工作。在此过程中，手环从佩戴者的周围环境中被动地吸收并捕获有机化学物质。佩戴者交还手环之后，研究人员会使用各种溶剂或热解吸的方法从中提取出这些化学物质。
她们使用的分析方法包括气相色谱/质谱技术。该团队已经开发出一种GC/MS筛选技术，能够从手环中检测出1400种有机化学品，包括多环芳香烃（PAHs）、多氯联苯、杀虫剂、阻燃剂、香料和干扰内分泌的化学物质（如双酚A、邻苯二甲酸盐和壬基酚）。该方法能够检测的化学物质的数量还在不断增加，Anderson说。对某些化学品，包括多环芳烃、农药和阻燃剂，她们也已经研发出了定量的分析方法。
Anderson最初从橄榄球运动员佩戴的硅胶手环上获得了灵感，并将之用于污染物监测。有机硅聚合物是一种很有吸引力的材料，因为它们比由碳制成的聚合物更有弹性，也能很好的用于生物利用度的模拟研究。它们的长链状结构可以形成直径1nm左右的孔隙，这与人类细胞膜上由生物聚合物形成的小孔类似。
污染物接触不容忽视
这种小小的手环已经成功的帮助了俄勒冈州西部的装修工人。通过试点佩戴这种手环并进行分析，该研究团队发现一些工人在一个培训地点接触到的多环芳烃有害物质比另一个工作地点要高。虽然这只是一个小的实验项目，但它的数据还是引起了关注，Anderson说。研究人员将该信息传达给了工会，这促使工人改变操作焦油壶（多环芳烃的来源）的方式，并促使培训地点加强了通风。
这种手环还能帮助研究人员调查孕妇产前接触有害多环芳烃和儿童哮喘之间的联系。Anderson与哥伦比亚大学的流行病学家Julie Herbstman合作，正在纽约市进行一个的与孕妇有关的项目。“我们给妊娠第三期的孕妇带上手环，”Anderson说，后来再跟踪调查她们的孩子与哮喘等疾病有关的健康状况。孕妇还提供了尿液样本以及携带传统的背包式聚氨酯泡沫空气采样器来监测她们接触到的多环芳烃。
该项目在去年刚刚开始，所以断言儿童哮喘与妈妈孕期接触多环芳烃是否有关还为时尚早。 “你只有在小孩两三岁时才能诊断哮喘，”Anderson说。但手环的分析结果似乎与尿液中的多环芳烃代谢物有良好的相关性，Anderson说。手环的佩戴更舒适，而且成本低，并且比背包更容易操作和使用。
在Anderson团队其他一些研究工作中，她们将通过硅胶手环获得的数据与智能手机的GPS定位数据以及袖珍肺活量计得到的肺功能测量数据相结合，目的是研究接触有毒多环芳烃与肺功能下降的关联。初步结果表明，肺功能下降与暴露于高水平的多环芳烃有关，Anderson说。但在某些情况下，这种效果会滞后。 “你前一天接触了什么东西会影响第二天的肺功能，”她说。
硅胶手环可以与其他设备同时使用进行环境污染监测。图片来源：Holly Dixon/Oregon State University
这种硅胶手环还帮助研究人员调查了电子设备、家具及纺织品中发现的阻燃剂对健康的不利影响，尤其是对儿童。杜克大学的Heather M. Stapleton利用这种手环的分析数据，发现4种有机磷酸酯阻燃剂的检测值与尿液检测结果高度相关。
这种手环还引起了世界各地的研究人员的关注。在非洲、亚洲、欧洲和美国的很多科学家都在采用这一方法来评估监测农业和工业中从业者接触化学品的情况，Anderson说。美国俄勒冈州的一个农场相关研究结果表明，每个佩戴手环的农民都接触过2-10种杀虫剂。而且研究人员发现参与研究的所有农民都按照说明佩戴了手环，这说明这个方法很容易被接受。
图片来源：C&EN
手环的明天
美国环境保护署（EPA）的科学家们也很有兴趣利用这种手环进行化学品的日常接触监测。 EPA和世界其他监管机构需要化学品的日常接触数据以及毒性信息来评估其风险，但是许多化学物质的日常接触数据根本就不存在。
“如果我们能通过该手环发现很多之前我们并不知道但人们已经接触过的化学物质，这将会是一个宝库，”EPA的研究与发展办公室的科学家John Wambaugh说。
Wambaugh也看到这种手环的一个限制——它们只提供了一个人一段时间内累积的化学品接触记录。 “你不知道这种接触是一次大量，还是多次少量，”他说。
不过，他仍然愿意尝试用这种手环来辅助一项正在进行的EPA项目，该项目计划开发计算机模型以产生对数千种化学品的高通量接触预测。
Wambaugh看到了使用硅胶手环来记录化学品接触的巨大潜力，尽管这种手环也还是一个不完善的工具。他说，它们比其他风险评估方法（例如使用实验室大鼠的毒性试验）更方便，限制更少。
Anderson希望这一硅胶手环项目能得到更多的资助。“你不必等到类似弗林特那样的灾难发生”才想起来关注化学品接触，才想起带这个手环，她说。她说的“弗林特灾难”指的是发生在密歇根州弗林特的铅污染饮用水事件。 “我们已经开发出一种技术，能够启发人们去思考科学和环境的联系，去采取行动来为他们的环境做点什么。”
看完这篇报道，朋友们有没有想到要做点什么呢？
1. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013935116300743
2. http://cen.acs.org/articles/94/i16/simple-way-track-everyday-exposure.html