《Polymer》：Quantitative HPLC–mass spectrometry analysis shows the drastic impact of the composition of aqueous and biochemical media on the release of soluble hydrolysis products from submicron polycaprolactone
Ma?va Boulée|Marie Carrière|Thierry Douki
格勒诺布尔阿尔卑斯大学、CEA、CNRS、格勒诺布尔INP、IRIG、SyMMES，法国格勒诺布尔，邮编F-38000
摘要
环境中微塑料和纳米塑料的积累是一个重大问题，而可生物降解聚合物作为更稳定材料的替代品正受到越来越多的关注。然而，目前尚未确定可生物降解塑料的降解产物。在本研究中，我们研究了聚己内酯（PCL），这种聚合物被广泛应用于包装和医疗领域。我们收集了关于亚微米级PCL颗粒（直径100至1000微米）在降解过程中释放的可溶性寡聚物的定量数据。这得益于我们合成了性质明确的PCL寡聚物，并利用这些寡聚物开发了高效液相色谱-质谱（HPLC-mass spectrometry）分析方法。该分析方法首先应用于水介质中的降解研究，以探讨其环境降解情况。我们观察到温度和盐度对降解过程的影响，并获得了有关PCL在亚微米尺度上水解产物释放机制的具体信息。随后，我们同样采用这种方法研究了PCL在细胞培养液中的降解情况，发现无论是否存在细胞，PCL颗粒的水解产物都会被释放出来。在这些条件下，寡聚物的大小分布倾向于更短的分子链，这一现象通过合成PCL寡聚物的实验得到了验证，表明细胞培养液中的胎牛血清添加剂对此过程有显著影响。总体而言，这些结果表明，亚微米级PCL颗粒的水解及其产生的寡聚物是一个高效的过程，且这一过程受到降解介质的强烈调控。
部分内容摘录
引言
塑料的使用量持续增加。据报道，2022年和2023年的总产量分别为4.0亿和4.13亿吨[1][2]。到2040年，这一数字可能达到6亿吨，其中3000万吨将以废物的形式进入环境，其中69%进入水体，31%进入陆地[3]。由于超过80%的塑料由具有稳定C-C键的聚合物组成（如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯），这些塑料无法自然降解。
化学试剂
甲酸铵（浓度为10 M，在水中）、甲酸（HPLC-MS级）和6-OH-HAc均购自Aldrich（法国Saint Quentin-Fallavier）。乙腈（ACN，HPLC MS级）由Carlo Erba公司（法国Val-de-Reuil）提供。用于制备HPLC流动相和颗粒悬浮液的水通过Milli-Q系统进行纯化。PCL颗粒（直径100至1000纳米）由Phosphorex公司（美国马萨诸塞州Hopkinton）以水悬浮液的形式提供，这些颗粒由30 kDa的聚合物链组成。PCL寡聚物标准的合成
合成过程利用了6-OH-HAc易于快速二聚化的特性（DFT计算结果证实[39]）。整个合成过程非常简单：将熔点为40°C的6-OH-HAc作为纯产品，在50°C下逐渐加热。反应通过加水终止。所得混合物通过HPLC-MS/MS进行分析，分析条件与之前用于鉴定PCL水解产物的条件相同[36]。
讨论
本研究的目的是定量分析PCL在水悬浮液及细胞环境中水解时释放的寡聚物。为此，我们采用了高效液相色谱与质谱联用的技术（HPLC coupled to mass spectrometry with electrospray ionization）。该技术已应用于多种塑料的降解研究，包括具有聚酯骨架的聚乳酸[36][40]。PCL的降解也通过质谱技术进行了研究，但主要是使用MALDI技术。
结论
总之，所开发的分析工具首次提供了关于PCL水解过程的一系列数据，揭示了亚微米尺度上的特异性现象。我们发现颗粒的比表面积对其降解过程无显著影响，这与对块状材料的观察结果不同。此外，我们还发现老化水悬浮液中寡聚物的分布既受颗粒水解的影响，也受溶液中形成的寡聚物进一步降解的影响。
作者贡献声明
Marie Carrière：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、实验设计、资金获取、数据分析、概念构思。Ma?va Boulée：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、实验设计、概念构思。Thierry Douki：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、实验设计、数据分析、概念构思。
资金来源
本研究是在“PlasticHeal”项目框架下进行的，该项目获得了欧盟“Horizon 2020”研究与创新计划的资助（项目编号965196）。此外，还得到了法国国家研究署（ANR，PLASTOX项目，资助编号ANR-21-CE34-0028-02）、法国国家食品安全与环境卫生署（ANSES，EXMINA项目，PNR EST-21-077）以及法国生态转型署（ADEME，博士项目资助）的支持。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务关系/个人关系：Marie Carrière表示获得了欧盟的财政支持；Marie Carriere表示获得了法国国家研究署的财政支持；Marie Carriere表示获得了法国国家食品、环境与职业健康安全署的财政支持。
