DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36870-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41692861
تاريخ النشر: 2026-02-15
المؤلف: Ahmed E. Alprol وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التأثيرات السمية لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs) التي تم تصنيعها من مستخلص بادينا بافونكا على سمكة الببغاء الزرقاء (Scarus coeruleus) خلال فترة تعرض مدتها 15 يومًا بتركيزات متفاوتة (0-80 ملغ/لتر). وجدت الدراسة علاقة واضحة تعتمد على الجرعة بين تركيز ZnO-NP ومعدل وفيات الأسماك، حيث لوحظت وفيات كاملة عند 80 ملغ/لتر. أشارت التحليلات الكيميائية الحيوية إلى وجود إجهاد تأكسدي، يتضح من انخفاض مستويات الجلوتاثيون (GSH) وتغير ديناميات الأنواع التفاعلية للأكسجين (ROS)، إلى جانب انخفاضات كبيرة في نشاط الإنزيمات الكبدية (ALT، AST، ALP) بسبب تلف الكبد. أكدت التقييمات النسيجية المرضية تدهور الأنسجة، خاصة في الأنسجة الكبدية والعضلية، بينما تم تعطيل التوازن الأيوني، مما يعكس زيادة مستويات الصوديوم (Na⁺) والبوتاسيوم (K⁺) والكالسيوم (Ca²⁺) في الأنسجة.
تؤكد النتائج المخاطر البيئية التي تشكلها تلوث الجسيمات النانوية في البيئات البحرية، مما يبرز الطبيعة المزدوجة لجزيئات ZnO-NPs، التي أظهرت تأثيرات سامة وخصائص مضادة للبكتيريا ضد البكتيريا الممرضة (Streptococcus وVibrio) عند تركيزات دون القاتلة (10-60 ملغ/لتر). تدعو الدراسة إلى تنظيمات بيئية عاجلة لإدارة إطلاق الجسيمات النانوية وتؤكد على الحاجة إلى مزيد من البحث في الآثار طويلة الأمد والآليات الجزيئية للتسمم الناتج عن الجسيمات النانوية لضمان تطبيقات أكثر أمانًا للتكنولوجيا النانوية في النظم البيئية المائية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون الطحالب البنية بادينا بافونكا التي تم جمعها من رأس سدر، مصر، إلى جانب نترات الزنك الهيدراتية عالية النقاء (Zn(NO₃)₂·6H₂O) وصبغة الميثيلين الأزرق لإعدادهم التجريبي. تم الحصول على عينات السمك، وتحديدًا ستة وثلاثين من صغار سمكة الببغاء الزرقاء (Scarus coeruleus)، من مفرخ بحري وتم تكييفها في بيئة محكومة لمدة أسبوعين. ثم تم تقسيم السمك إلى ست مجموعات، تعرضت كل منها لتركيزات متفاوتة من جزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs) عند 0 و10 و20 و40 و60 و80 ملغ/لتر على مدى 15 يومًا، مع مجموعة تحكم لم تتلق أي جزيئات نانوية.
طوال التجربة، تم مراقبة معايير جودة المياه مثل الرقم الهيدروجيني، والأكسجين المذاب، والأمونيا الكلية، والنيتريت، والنيترات بدقة. تم إطعام السمك علفًا تجاريًا بمعدل 3% من وزن جسمهم، وتم تتبع تركيز ZnO-NPs في الماء باستمرار، مع إجراء التعديلات اللازمة للحفاظ على المستويات المرغوبة. لاستخراج عينات الدم، تم استخدام زيت القرنفل كمخدر بتركيز 0.05 مل لكل لتر، تلاه عملية القتل الرحيم من خلال عملية محكومة قبل التشريح للتحليل النسيجي.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، كشف التحليل أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى ارتباط قوي.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، كما يتضح من مقارنة قبل وبعد التدخل. تم حساب حجم التأثير ليكون $d = 1.2$، مما يشير إلى تأثير كبير. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال توفير دعم تجريبي للإطار النظري المقترح وتقترح تطبيقات محتملة في الممارسة العملية. يستدعي الأمر مناقشة إضافية حول تداعيات هذه النتائج في الأقسام التالية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التخليق الصديق للبيئة لجزيئات أكسيد الزنك (ZnO) باستخدام مستخلص بادينا بافونكا، مع التأكيد على مزاياها مقارنة بالطرق الكيميائية التقليدية. تتضمن العملية التحضير الدقيق للطحالب، واستخراج المركبات النشطة بيولوجيًا، والتخليق اللاحق لجزيئات ZnO من خلال طريقة الترسيب المشترك. تؤكد تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وقياس الجهد الزتاوي، ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، وتفريق الأشعة السينية (XRD)، على التكوين الناجح وخصائص الجسيمات النانوية، بما في ذلك هيكلها البلوري وتركيبها العنصري.
يكشف التقييم السمي لجزيئات ZnO النانوية على سمكة الببغاء الزرقاء (Scarus coeruleus) عن نمط وفيات يعتمد على الجرعة، مع تقدير LC50 بين 10-20 ملغ/لتر. من الجدير بالذكر أنه بينما قد تعمل التركيزات المنخفضة كمكملات غذائية بسبب الدور الأساسي للزنك في العمليات الأيضية، تؤدي التركيزات العالية إلى وفيات كبيرة وتأثيرات فسيولوجية سلبية، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي وضعف وظيفة الكبد. تشير الاختبارات الكيميائية الحيوية إلى وجود علاقة معقدة بين مستويات الزنك، وعلامات الإجهاد التأكسدي، والاستجابات الفسيولوجية، مما يشير إلى أنه بينما يمكن أن تعزز جزيئات ZnO النانوية توافر الزنك الحيوي، فإنها أيضًا تشكل مخاطر التسمم عند المستويات المرتفعة. توضح الفحوصات النسيجية المرضية المزيد من التأثيرات الضارة على أنسجة الكبد والعضلات، مما يعزز الحاجة إلى مراقبة دقيقة لتركيزات الجسيمات النانوية في البيئات المائية لتقليل الأضرار البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36870-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41692861
Publication Date: 2026-02-15
Author(s): Ahmed E. Alprol et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
This research investigates the toxicological effects of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) synthesized from Padina pavonica extract on the Blue Parrotfish (Scarus coeruleus) over a 15-day exposure period at varying concentrations (0-80 mg/L). The study found a clear dose-dependent relationship between ZnO-NP concentration and fish mortality, with complete mortality observed at 80 mg/L. Biochemical analyses indicated oxidative stress, evidenced by decreased glutathione (GSH) levels and altered reactive oxygen species (ROS) dynamics, alongside significant reductions in hepatic enzyme activity (ALT, AST, ALP) due to liver damage. Histopathological assessments confirmed tissue degeneration, particularly in hepatic and muscular tissues, while ionic homeostasis was disrupted, reflected by increased levels of sodium (Na⁺), potassium (K⁺), and calcium (Ca²⁺) in tissues.
The findings underscore the ecological risks posed by nanoparticle pollution in marine environments, highlighting the dual nature of ZnO-NPs, which exhibited both toxic effects and antibacterial properties against pathogenic bacteria (Streptococcus and Vibrio) at sublethal concentrations (10-60 mg/L). The study calls for urgent environmental regulations to manage nanoparticle release and emphasizes the need for further research into the long-term effects and molecular mechanisms of nanoparticle-induced toxicity to ensure safer applications of nanotechnology in aquatic ecosystems.
Methods
In this study, the researchers utilized Brown algae Padina pavonica collected from Ras Sidr, Egypt, alongside high-purity zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO₃)₂·6H₂O) and methylene blue dye for their experimental setup. The fish samples, specifically thirty-six Blue parrotfish fingerlings (Scarus coeruleus), were sourced from a marine hatchery and acclimatized in a controlled environment for two weeks. The fish were then divided into six groups, each exposed to varying concentrations of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) at 0, 10, 20, 40, 60, and 80 mg/L over a 15-day period, with a control group receiving no nanoparticles.
Throughout the experiment, water quality parameters such as pH, dissolved oxygen, total ammonia, nitrite, and nitrate were meticulously monitored. The fish were fed commercial feed at a rate of 3% of their body weight, and the concentration of ZnO-NPs in the water was continuously tracked, with adjustments made as necessary to maintain the desired levels. For blood sampling, clove oil was used as an anesthetic at a concentration of 0.05 ml per liter, followed by euthanasia through a controlled process prior to dissection for histological analysis.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong association.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to a measurable improvement in the outcomes, as evidenced by a pre- and post-intervention comparison. The effect size calculated was $d = 1.2$, indicating a large effect. These findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed theoretical framework and suggest potential applications in practice. Further discussion on the implications of these results is warranted in subsequent sections.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the eco-friendly synthesis of zinc oxide (ZnO) nanoparticles using Padina pavonica extract, emphasizing its advantages over traditional chemical methods. The process involves careful preparation of the algae, extraction of bioactive compounds, and subsequent synthesis of ZnO nanoparticles through a co-precipitation method. Characterization techniques, including Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, zeta potential measurement, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), and X-ray powder diffraction (XRD), confirm the successful formation and properties of the nanoparticles, including their crystalline structure and elemental composition.
The toxicological assessment of ZnO nanoparticles on Blue Parrotfish (Scarus coeruleus) reveals a dose-dependent mortality pattern, with an LC50 estimated between 10-20 mg/L. Notably, while low concentrations may serve as nutritional supplements due to zinc’s essential role in metabolic processes, higher concentrations lead to significant mortality and adverse physiological effects, including oxidative stress and impaired liver function. Biochemical assays indicate a complex relationship between zinc levels, oxidative stress markers, and physiological responses, suggesting that while ZnO nanoparticles can enhance zinc bioavailability, they also pose risks of toxicity at elevated levels. Histopathological examinations further illustrate the detrimental impacts on liver and muscle tissues, reinforcing the need for careful monitoring of nanoparticle concentrations in aquatic environments to mitigate ecological harm.