当小丑鱼（Amphiprion ocellaris）暴露于不同浓度的稳定聚合物（聚苯乙烯）纳米颗粒与可生物降解聚合物（聚乳酸）纳米颗粒时，其组织会受到损伤

《Marine Pollution Bulletin》：Tissue damage to clownfish ( Amphiprion ocellaris) exposed to different concentrations of nanoparticles of a stable polymer (polystyrene) compared to a biodegradable polymer (poly(lactic acid))

纳米塑料对鱼类的毒性效应研究，聚苯乙烯与聚乳酸纳米颗粒在小丑鱼鳃和肝脏中的病理影响。

　　

卡米拉·戈麦斯·德·奥利维拉（Camila Gomes de Oliveira）| 图利奥·帕切科·博阿文图拉（Túlio Pacheco Boaventura）| 法比奥·阿雷米尔·科斯塔·多斯·桑托斯（Fábio Aremil Costa dos Santos）| 安德烈·德·塞纳·索扎（André de Sena Souza）| 西德尼·多斯·桑托斯·席尔瓦（Sidney dos Santos Silva）| 路易莎·阿劳霍·阿尔维斯·席尔瓦（Luisa Araujo Alves Silva）| 卡米拉·席尔瓦·布雷·吉尔（Camila Silva Brey Gil）| 罗纳德·肯尼迪·卢兹（Ronald Kennedy Luz）| 罗德里戈·兰伯特·奥雷菲塞（Rodrigo Lambert Oréfice）

米纳斯吉拉斯联邦大学（UFMG）冶金与材料工程系，安东尼奥·卡洛斯大道6627号，UFMG校区，潘普利亚，贝洛奥里藏特，米纳斯吉拉斯州，巴西

摘要

本研究评估了不同浓度的聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）纳米颗粒（NPs）对小丑鱼Amphiprion ocellaris鳃和肝脏的影响。75条幼鱼，平均体重2.01 ± 0.61克，平均总长度5.26 ± 0.53厘米，被随机分配到15个水箱中，每箱5条鱼。这些鱼暴露于以下浓度下：0 mg L^?1（对照组）、0.01 mg L^?1 PLA-NPs、0.01 mg L^?1 PS-NPs、0.10 mg L^?1 PLA-NPs和0.10 mg L^?1 PS-NPs。在暴露24小时、48小时和168小时后收集鳃和肝脏样本。对照组幼鱼的肝脏和鳃未出现任何变化。暴露于两种浓度PS-NPs（0.01和0.10 mg L^?1）的幼鱼在所有时间点（24小时、48小时和168小时）的肝脏都出现了中度至严重的损伤。所有浓度和收集时间下的鳃都有一定程度的损伤。在每种处理中，不同收集时间的组织变化程度（DTC）值没有差异（P > 0.05），但在每个评估时间点，含有NPs的所有处理组的组织变化程度都显著高于对照组（P < 0.05）。因此可以得出结论，即使是在低浓度下，聚苯乙烯和聚乳酸纳米颗粒也会对A. ocellaris的鳃和肝脏造成显著的组织病理学损伤。

引言

由于塑料通常是一种多功能、耐用且成本低廉的材料，因此被广泛用于工业和日常活动中（Fu等人，2021年）。然而，随着消费量的增加以及不当处理，水生生态系统的污染问题日益严重（Wu等人，2020年）。由于塑料在环境中的稳定性强，并且在陆地和水生环境中分布广泛，塑料废物目前已成为主要的环境挑战（Thakur等人，2025年）。据估计，每年有480万至1270万吨塑料废物被排放到海洋中（Agamuthu等人，2019年）。在水生环境中，塑料会受到太阳辐射、机械磨损和温度变化等因素的影响，这些因素会导致塑料分解成微粒（0.1毫米至5毫米）和纳米颗粒（NPs）（小于1000纳米）（Baptista Neto等人，2020年；Strafella等人，2020年；Lee等人，2021年；Ramkumar等人，2022年）。

由于纳米颗粒的体积极小，它们在环境中的扩散潜力更大，这更加令人担忧（Vineetha等人，2024年）。此外，某些纳米颗粒具有较高的生物可利用表面积，能够吸附其他水中的污染物（Elizalde-Velazquez等人，2020年）。当纳米颗粒存在于水中时，会对生物体产生不利影响，包括微生物、无脊椎动物、藻类和鱼类（Kim等人，2022年）。纳米颗粒可以通过食物链传播，穿过生物屏障，在器官中积累，并对鱼类的关键器官造成损害（Cedervall等人，2012年；Mattsson等人，2016年；Holzer等人，2022年；Chen等人，2024年）。例如，鳃是呼吸系统的一部分，具有调节pH值和排泄含氮化合物等重要生理功能（Evans等人，2005年）。由于鳃的重要性及其与外部环境的直接接触，它们经常被用作研究水生环境中污染物暴露的目标器官（Xiang等人，2025年）。肝脏是参与代谢和积累摄入有毒物质的主要器官之一（Ribeiro等人，2019年）。肝脏对于维持生物体的健康和福祉至关重要，具有营养代谢、能量储存、解毒和免疫反应等重要功能（Quan等人，2023年）。然而，研究表明，暴露于纳米颗粒会损害这些功能，对肝脏健康产生一系列不利影响（Yu等人，2018年；Wang等人，2020年；Wang等人，2023年）。

聚苯乙烯（PS）是全球产量最大的聚合物之一，由于其生物降解性较低，容易在环境中积累（Umamaheswari等人，2021年）。已有研究报道了PS在海洋环境中的存在和积累，包括在水生生物胃肠道中检测到PS颗粒（Jung等人，2018年；Rizzi等人，2019年；Xiong等人，2018年）。为了减少传统聚合物在环境中的积累带来的环境影响，一种替代方案是用可生物降解的聚合物来替代它们。聚乳酸（PLA）是一种可以从玉米和大米等可再生资源中获得的生物聚合物，在特定条件下可以生物降解（Ali等人，2023年）。尽管PLA作为传统不可生物降解聚合物（如PS）的可持续替代品已被广泛研究（Auras等人，2004年；Naser等人，2021年），但很少有研究比较这些聚合物对水生生物的影响。在环境中，PLA可以通过多种途径降解，包括光降解、热氧化降解、水解降解以及微生物介导的降解（Andrady，2011年）。然而，PLA在自然环境中的降解受到温度和溶解氧水平等特定条件的限制。在海洋环境中，由于温度低和溶解氧含量低，PLA的降解过程显著减缓（Webb等人，2013年）。因此，环境中的PLA废物可能会长期存在，并通过降解过程形成纳米颗粒。小丑鱼Amphiprion ocellaris（雀鲷科）分布于印度-西太平洋地区（Roux等人，2019年），是全球最受欢迎的海洋观赏鱼之一（Murray等人，2023年）。该物种对环境污染物敏感，常被用作毒理学研究的模式生物（Khamkaew等人，2020年；Hou等人，2023年；Zhang等人，2023年）。然而，纳米颗粒对该物种的影响尚未完全阐明。

尽管越来越多的研究关注纳米塑料对水生生物的影响，但大多数研究集中在传统聚合物（如PS）上（Yi等人，2019年；Wang等人，2019年；Cong等人，2019年；Wang等人，2020年），而可生物降解生物聚合物的影响尤其是在海洋环境中的影响仍很大程度上未被探索。此外，很少有研究在相同的实验条件下比较不可生物降解和可生物降解聚合物纳米颗粒的毒性效应。

因此，本研究旨在记录并比较不同浓度的传统不可生物降解聚合物（PS）和可生物降解生物聚合物（PLA）纳米颗粒对小丑鱼鳃和肝脏的影响，包括任何可能的损伤。

聚合物纳米颗粒的制备与表征

聚合物纳米颗粒是通过单乳液溶剂蒸发技术制备的，遵循Wrona等人（2017年）描述的方法，并进行了一些修改。PLA纳米颗粒（PLA-NPs，Natureworks Ingeo 3D850 CAS：No. 26100–51-6）是通过在室温下用氯仿溶解聚合物获得的，磁力搅拌比例为1:100（w/v）。然后将PLA溶液加入含有1%（w/v）聚乙烯醇（PVA）的水溶液中，使用机械搅拌器（Ultraturrax，IKA T10）进行混合

聚合物纳米颗粒

表1展示了通过Zeta电位分析和动态光散射（DLS）对纳米颗粒进行的表征结果的平均值和标准误差。PLA-NPs和PS-NPs的Zeta电位值分别为?36.84 ± 4.61 mV和?32.7 ± 8.6 mV，两者之间没有显著差异。此外，两种样品的多分散指数值均在0.2到0.3之间，也没有显著差异。PS-NPs的平均流体动力学直径为765.5 ± 8.5 nm，明显大于...

讨论

PLA-NPs和PS-NPs的Zeta电位结果表明这两种配方的稳定性很高。在纳米颗粒分散于水溶液的系统中，接近±30 mV的Zeta电位值表明悬浮液是稳定的（Bischoff等人，2020年）。文献中先前也报道了从PS和PLA制备的聚合物纳米材料的类似负电位值，证实了所获得纳米颗粒的稳定性（P?uciennik等人，2023年；Banaei等人，2023年）。

结论

本研究结果表明，即使是在低浓度下，聚苯乙烯和聚乳酸纳米颗粒也能对A. ocellaris的鳃和肝脏造成显著的组织病理学变化，而不影响其存活。这些损伤表明这些纳米塑料在暴露初期就具有毒性。尽管PLA被认为是一种可生物降解的聚合物，但其降解需要特殊的条件和较长的时间

作者贡献声明

卡米拉·戈麦斯·德·奥利维拉（Camila Gomes de Oliveira）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，研究，形式分析，概念化。图利奥·帕切科·博阿文图拉（Túlio Pacheco Boaventura）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，研究，形式分析，概念化。法比奥·阿雷米尔·科斯塔·多斯·桑托斯（Fábio Aremil Costa dos Santos）：验证，研究，形式分析，概念化。安德烈·德·塞纳·索扎（André de Sena Souza）：验证，方法学，研究

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢巴西国家科学技术发展委员会-CNPq（CNPq-Brasil）（CNPq-Brasil – 405414/2022-6），米纳斯吉拉斯州研究支持基金会（FAPEMIG）和巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES-Brazil）。