手机壳成为全氟烷基物质和致病细菌的滋生地：基于用户习惯的分析

徐志民|林 Zheng|黄润通|杜瑞|肖帅|张顺安|普拉莫诺·赫鲁|王一帆|于仁强|兰美静|王磊

中国科学院亚热带农业研究所长沙农业与环境监测站，中国湖南省长沙市410125

摘要

手机壳作为广泛使用的个人物品，可能成为病原细菌和有毒化学残留物的微环境，其风险与用户行为密切相关。本研究基于一项为期285天的控制性队列研究，提出了“行为-材料-暴露”三要素模型，探讨了生活习惯（如化妆品使用）如何加速TPU手机壳表面的聚合物老化并促进污染物积累。频繁使用化妆品和不良卫生习惯会加速TPU氧化（O/C比值高达0.1953），并增加羰基指数（高达33.70），从而形成有利于污染物滞留的微环境。在21个手机壳样本中，全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）的浓度分别达到9.39 μg·cm⁻²和0.164 μg·cm⁻²。密度泛函理论计算表明，PFOA的吸附能（−253.44 eV）高于PFOS（−246.33 eV），这解释了其在表面上的更高积累量。PFAS残留物作为环境压力源，使微生物群落从随机分布转变为有序结构。高暴露组（A组和B组）的微生物多样性降低，且以葡萄球菌科和伯克霍尔德菌科等机会性菌株为主。功能预测显示，这些菌株富集了ABC转运蛋白（外排系统）和生物膜形成相关基因，表明它们可能具有进一步滞留PFAS和稳定病原菌的能力。暴露评估表明，从老化手机壳中通过皮肤吸收PFAS的量对总PFAS负担有显著影响；对于频繁使用手机的人来说，这一摄入量与室内灰尘摄入量相当。总体而言，这些发现表明日常行为驱动了个人设备上的化学-微生物动态变化，强调了手机等高频接触表面作为PFAS和微生物暴露的重要途径，对健康风险管理具有重要意义。

引言

随着智能手机的普及，尤其是由热塑性聚氨酯（TPU）制成的手机壳已成为日常必备品[1]。作为与用户手部和面部皮肤频繁接触的配件，手机壳不仅具有保护作用，还可能成为环境污染物的储存库[2]。最新研究表明，手机表面平均携带1.75×10⁶个细菌细胞，微生物活性（以相对光单位RLU表示）可持续48小时[3]。这些发现表明手机壳可能是长期携带微生物的表面。除了微生物负荷外，先前的研究还发现手机表面可存在多种微生物，包括金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等机会性病原体[4],[5]。其中一些微生物具有耐干燥性和抗清洁剂能力，能在手机表面长期存活[2]。在医疗和公共场所，这种持久性可能与医院内感染风险相关，引发了对手机作为潜在感染载体的担忧。此外，表面微生物群的组成受用户性别、生活方式和卫生习惯的影响，某些微生物具有致病潜力[3],[6]。

除了微生物定植外，手机壳还可能被动积累持久性有机污染物，尤其是全氟烷基物质（PFAS）[7]。全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）是两种常见于人类和环境样本中的PFAS化合物[8]。这些污染物广泛存在于化妆品、个人护理产品、快餐包装和电子设备等日常消费品中，这些都可能将PFAS转移到手机壳等高频接触物体上[9]。然而，这些污染物在手机表面的积累程度及其对人类暴露的影响仍需进一步研究。值得注意的是，皮肤吸收已成为PFAS进入人体的重要途径[10]。由于PFOA和PFOS具有疏水性和亲脂性，它们可以穿透角质层，在皮肤组织中持续存在，并引发局部炎症、屏障功能障碍以及激素紊乱和免疫失调等系统效应[10],[11]。毒理学证据表明，即使是低剂量的PFAS暴露也可能激活过氧化物酶体增殖激活受体（PPARs），导致内分泌和生殖毒性以及皮肤代谢改变[12],[13]。尽管日益关注，但来自高频接触消费品（如手机壳）的皮肤暴露仍缺乏系统研究。迄今为止，尚无研究系统评估手机壳作为同时携带微生物和化学污染物的复合暴露平台的作用。特别是PFAS和潜在病原微生物的共富集及其受用户性别和行为习惯等因素的影响仍不明确。

在本研究中，30名参与者被分配了标准化的热塑性聚氨酯（TPU）手机壳，并使用了一年多时间。通过高通量16S rRNA基因测序分析了手机壳表面的微生物群落，同时通过LC–MS/MS方法测定了两种代表性PFAS化合物（PFOA和PFOS）的浓度。通过用户问卷进一步评估了性别和使用习惯对微生物组成和PFAS积累的影响。此外，还估算了皮肤暴露风险，并探讨了表面微生物群与PFAS水平之间的关联。本研究基于实际个人接触表面，提出了一个新的“共暴露评估框架”，提供了手机壳上微生物和PFAS同时污染的新证据。通过整合微生物生态学、环境化学和人类暴露科学，填补了理解日常消费品相关健康风险的关键空白。

章节摘录

实验设计和样本收集

从中国某大学招募了30名健康成年志愿者（15名男性和15名女性，年龄20–35岁）。每位参与者从2024年1月开始使用一个新的白色透明热塑性聚氨酯（TPU）手机壳（兼容iPhone 11，本地制造）作为主要手机壳，使用时间为285天。参与者主要在校园内活动，且主要在室内使用手机（温度23–30°C；相对湿度65–75%），尽量减少阳光照射和极端条件的影响。

基于微生物聚类的手机壳老化和PFAS富集特征

对21个样本进行无监督聚类分析，发现了四种不同的微生物群落（A组–D组），这些群落与不同的生活方式相关（图1a）。A组（n=3）和B组（n=5）主要为女性（占比分别为66%和80%），其手机使用卫生状况较差（例如将手机放在地上），且更频繁地使用化妆品；而C组和D组（各n=5）则表现出更健康的习惯和较低的化妆品使用频率。这些行为差异与PFAS污染程度密切相关。

结论

本研究表明，TPU手机壳作为复合暴露平台，同时积累了持久性的PFAS和病原微生物。行为因素——尤其是长时间使用和频繁使用化妆品——会加速聚合物老化，增强PFAS的吸附，并选择性地富集耐污染菌株，从而重塑微生物多样性和功能，建立了连接人类活动、化学物质积累和微生物之间的行为介导循环。

环境影响

由于径流和人为输入，聚丙烯微塑料（PP-MPs）和镉（Cd）在城市湿地系统中普遍存在，带来复合且持久的环境威胁。本研究表明，PP-MPs显著改变了土壤的氧化还原条件和微生物的Fe–N循环，增加了一氧化二氮（N₂O）的排放，同时改变了镉的形态并降低了植物的镉吸收。这些发现表明，PP-MPs不仅本身具有危害性，还调节了

CRediT作者贡献声明

林 Zheng：撰写——初稿、可视化、方法学、实验设计。黄润通：监督。杜瑞：方法学、数据分析。肖帅：可视化。兰美静：撰写——初稿。王磊：概念构思。徐志民：撰写——审稿与编辑、可视化、项目管理、实验设计、资金获取。张顺安：资金获取。普拉莫诺·赫鲁：可视化、实验设计。王一帆：实验设计。于仁强：监督。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了无锡市卫生健康委员会医学重点学科计划（编号CXTD202113）、无锡市卫生健康委员会中青年人才支持计划（编号BJ2023077）和无锡市卫生健康委员会生物库计划（编号SW202201）的资助。