保罗·舍勒研究所简·伯恩多夫 马库斯·阿曼在一个用来进行细微灰尘测试的设备上
荣誉:保罗·舍勒研究所/马库斯·费舍尔 保罗·舍勒研究所的研究人员首次观察到空气中最小颗粒内部的光化学过程
在这样做的过程中，他们发现在日常条件下，这些气溶胶中会形成额外的对人体健康有害的氧自由基
他们今天在《自然通讯》杂志上报道了他们的结果
众所周知，空气中的颗粒物会对人体健康构成威胁
最大直径为10微米的颗粒可以深入肺部组织并在那里定居
它们含有活性氧，也称为氧自由基，会损害肺部细胞
空气中漂浮的颗粒越多，风险就越高
这些粒子从森林或火山等自然来源进入空气
但是，人类活动，例如工厂和交通，使数量成倍增加，从而使浓度达到临界水平
颗粒物质将氧自由基带入肺部或在肺部产生氧自由基的可能性，已经针对各种来源进行了研究
现在，防扩散安全倡议的研究人员获得了重要的新见解
从以前的研究可知，当颗粒溶解在呼吸道的表面液体中时，人体内会形成一些活性氧
颗粒物通常含有化学成分，例如铜和铁等金属，以及某些有机化合物
这些分子与其他分子交换氧原子，产生高活性化合物，如过氧化氢(H2O2)、羟基(HO)和过氧化氢(HO2)，这导致所谓的氧化应激
例如，它们攻击身体中的不饱和脂肪酸，然后这些不饱和脂肪酸就不能再作为细胞的构件了
医生将肺炎、哮喘和各种其他呼吸系统疾病归因于这些过程
甚至癌症也可能被引发，因为活性氧还会破坏遗传物质的脱氧核糖核酸
独特的设备组合带来新的见解 一段时间以来，人们已经知道某些活性氧物种已经存在于大气中的微粒中，它们作为所谓的外源性活性氧通过我们呼吸的空气进入我们的身体，而不必首先在那里形成
现在发现，科学家们还没有足够仔细地观察:“以前的研究已经用质谱仪分析了颗粒物，看看它是由什么组成的，”新的防扩散安全倡议研究的第一作者彼得·艾伦·阿尔珀特解释说
“但这并没有给你任何关于单个粒子的结构以及它们内部发生了什么的信息
" 相比之下，阿尔珀特利用防扩散安全倡议提供的可能性进行了更精确的观察:“借助瑞士光源SLS发出的明亮的x光，我们不仅能够以不到1微米的分辨率单独观察这些粒子，甚至能够在粒子内部发生反应时观察粒子
为此，他还使用了一种在PSI开发的新型电池，在这种电池中可以模拟各种各样的大气环境条件
它可以精确调节温度、湿度和气体暴露，并有一个紫外线发光二极管光源，代表太阳辐射
“结合高分辨率x光显微镜，这个细胞只存在于世界上的一个地方，”阿尔珀特说
因此，这项研究只有在防扩散安全倡议下才有可能
他与防扩散安全倡议的表面化学研究小组组长马库斯·阿曼密切合作
他还得到了苏黎世联邦理工学院大气化学家乌尔里希·克里格和托马斯·彼得的研究人员以及莱比锡莱布尼茨对流层研究所哈特穆特·赫尔曼的专家的支持，在苏黎世联邦理工学院进行了更多的悬浮粒子实验
彼得·艾伦·阿尔珀特分析了空气中最细微颗粒的过程
有害物质已经在大气中形成，而不仅仅是在人体内
荣誉:保罗·舍勒研究所/马库斯·费舍尔 危险化合物是如何形成的 研究人员检查了含有有机成分和铁的颗粒
铁来自自然资源，如沙漠灰尘和火山灰，但它也包含在工业和交通排放物中
有机成分同样来自自然和人为来源
在大气中，这些成分结合形成铁络合物，当暴露在阳光下时，这些络合物会与所谓的自由基发生反应
这些反过来结合所有可用的氧气，从而产生活性氧
通常，在潮湿的天气里，大部分的活性氧会从颗粒中扩散到空气中
在这种情况下，如果我们吸入含有较少活性氧的颗粒，就不再构成额外的危险
然而，在干燥的日子里，这些自由基会在颗粒内部积累，并在几秒钟内消耗掉所有可用的氧气
这是由于粘性:颗粒物质可以是像石头一样的固体，也可以是像水一样的液体——但取决于温度和湿度，它也可以是像糖浆、干口香糖或瑞士草药润喉液这样的半流体
“我们发现，粒子的这种状态确保了自由基保持在粒子中，”阿尔珀特说
没有额外的氧气可以从外面进入
尤其令人担忧的是，在日常天气条件下，铁和有机化合物的相互作用会形成最高浓度的活性氧和自由基:平均浓度低于60%，温度约为20摄氏度
，也是室内房间的典型条件
“过去人们认为，活性氧只在空气中形成——如果有的话——当细小的灰尘颗粒含有相对罕见的化合物如醌类时，”阿尔珀特说
这些是氧化酚，例如，存在于植物和真菌的色素中
最近已经很清楚，颗粒物中还有许多其他活性氧来源
“我们现在已经确定，在完全正常的日常条件下，这些已知的自由基可以得到显著增强
“大约每二十个粒子中就有一个是有机的，并且含有铁
但这还不是全部:“同样的光化学反应也可能发生在其他细小的尘埃粒子中，”研究小组组长马库斯·阿曼说
“我们甚至怀疑几乎所有悬浮在空气中的颗粒都会以这种方式形成额外的自由基，”阿尔珀特补充道
“如果进一步的研究证实了这一点，我们迫切需要调整我们的空气质量模型和临界值
我们可能在这里发现了一个额外的因素来帮助解释为什么这么多人在没有任何特定原因的情况下患上呼吸道疾病或癌症
" 至少活性氧有积极的一面——特别是在新冠肺炎大流行期间——正如研究还表明的那样:它们也攻击气溶胶中存在的细菌、病毒和其他病原体，使它们无害
这种联系可以解释为什么非典病毒在室温和中等湿度的空气中存活时间最短
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