燃煤會產生的有害的奈米粒子

燃燒煤除了排放大量的二氧化碳，會加劇氣候變遷，更會排放大量的空氣污染物，人體健康造成直接威脅。燃煤會排放大量的空氣污染物質，包含懸浮微粒 （PM10）、細懸浮微粒（PM2.5）、氮氧化物（NOx）、 硫氧化物（SOx）、臭氧（O3）、重金屬等，而這些 污染物會經由呼吸系統進入人體肺部，再隨著血液循環到全身，造成死亡與許多健康問題 。其中，燃煤所排放的細懸浮微粒更對人體健康帶來嚴重的威脅。

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不過，除了這些細懸浮微粒和空氣物染物質之外，維吉尼亞理工大學的環境科學研究團隊發表在頂尖科學期刊《自然通訊》的研究報告指出，煤的燃燒，還會產生非常小的二氧化鈦(titanium oxide)顆粒。當二氧化鈦顆粒被吸入時，這些奈米顆粒可以進入肺部，並可能進入血液中。

研究團隊不僅在來自世界各地的煤灰和燃煤電廠的氣體廢物排放中，而且在城市街道、土壤和雨水池以及廢水處理廠中都發現了這些以前未知的奈米顆粒。 新發現的低氧化鈦(titanium suboxide)，也稱為"馬格內利相 (Magnéli phase)"的鈦氧化物 (TinO2n-1, 其中 n 介於 4 和 10 )，是由二氧化鈦在氫氣氛中的高溫還原反應而產生。馬格內利相的鈦氧化物在過去被認為是罕見的物質，過去只偶爾在地球上的一些隕石、月球岩石中和陵蘭西部的一小塊岩層中被發現。但研究團隊在自然環境中使用先進的電子顯微鏡進行研究後發現，這些奈米顆粒實際上在全球都廣泛地存在。研究指出，幾乎所有的煤都含有微量的金紅石和/或銳鈦礦，這些都是正常且天然存在的的氧化鈦。但是當這些礦物質在煤中燃燒時，研究團隊發現它們很容易且迅速地轉化為不尋常的低氧化鈦奈米顆粒，被夾帶在燃煤發電廠所排出的氣體中。

為了進一步了解這些因燃煤產生的奈米顆粒可能造成的傷害，研究團隊的最新研究使用小鼠進行實驗。研究發現這些奈米顆粒(小至百萬分之一米)在被吸入後會進入肺部。一旦進入肺部，奈米顆粒就會遇到肺部的防禦細胞-巨噬細胞(macrophage)。通常這些巨噬細胞會保護肺部免受細菌和病毒等病原體的侵害。但是對於這些奈米粒子，巨噬細胞卻無法分解它們，反而增加氧化壓力、損害細胞線粒體的功能，並最終導致細胞凋亡。 而這個細胞凋亡的過程，會引來更多巨噬細胞，讓垂死的細胞都集中在奈米粒子周圍， 並開始在肺部沉積，進而使肺部受損。受損的肺部會更容易受到病毒或細菌的感染，並可能使哮喘或慢性阻塞性肺病 (COPD) 相關的症狀惡化。

此研究是第一個指出低氧化鈦對哺乳動物有害的研究，但也需要更多後續的毒理學研究，來了解這些因燃煤產生的奈米顆粒對人類健康的影響，且是否會透過過眼睛或皮膚接觸被人體吸收。