摘要：本研究聚焦聚苯乙烯微塑料与质粒 DNA 相互作用下的转染效应。鉴于二者在环境与生物领域交集渐显，通过精细实验，从吸附特性剖析至细胞转染探究，明确影响因素与作用机制，为微塑料生态风险评估、生物安全保障开拓新思路，极具前沿意义。
一、引言
在当今全球化进程加速、科技飞速发展的时代背景下，环境与生物医学领域正面临着前所未有的挑战与机遇。一方面，微塑料污染如同幽灵般肆虐全球生态系统，聚苯乙烯微塑料作为其中典型代表，凭借其大规模的工业化生产、广泛的日常使用场景，从繁华都市的排水系统到偏远海域的洋流涌动处，实现了无孔不入的 “全球漫游”。其微小的尺寸使其极易被生物误食或吸附，进而引发一系列难以预估的生物累积效应。另一方面，基因工程技术恰似一把双刃剑，在为人类攻克疑难病症、推动农业生物育种等诸多领域带来曙光的同时，也使得质粒 DNA 这类关键的基因载体在环境中的潜在暴露风险日益凸显。当聚苯乙烯微塑料与质粒 DNA 在复杂的自然或生物体内环境中不期而遇，它们之间究竟会上演怎样一场惊心动魄的 “分子共舞”？是悄无声息地擦肩而过，还是紧密相拥引发超乎想象的生物连锁反应？深入探究这一前沿交叉课题，恰似在混沌未知中点亮一盏明灯，不仅能填补学术空白，更可为精准防控微塑料污染、保障生物基因安全提供坚如磐石的理论根基，其开创性价值不言而喻。
二、实验材料与方法
（一）实验材料
聚苯乙烯微塑料：精心筛选来自权威供应商的多规格样本，涵盖粒径从纳米级别的 0.05 μm 到微米级的 10 μm 不等，形态囊括规整球状、片状以及不规则块状等多样化类型。运用高分辨率扫描电子显微镜（SEM）结合能量色散 X 射线光谱仪（EDS），对微塑料的表面微观形貌、元素组成进行深度解析，同时借助激光粒度分析仪测定其粒度分布，确保材料特性精准掌握，为后续实验精准导航。
质粒 DNA：从生物试剂库中选定携带高表达荧光素酶基因（Luc）的超螺旋质粒 DNA，该基因在后续检测中可产生强烈的生物发光信号，极大提升转染效果监测的灵敏度。利用先进的核酸蛋白分析仪与琼脂糖凝胶电泳技术，对质粒 DNA 的纯度、浓度以及超螺旋结构完整性进行三重把关，确保实验的分子 “原料” 质量过硬。
细胞系：优先择取具有高度代表性且遗传背景清晰的哺乳动物细胞系，如小鼠胚胎成纤维细胞（NIH 3T3）、人肝癌细胞（HepG2）等。这些细胞系不仅生长活力旺盛、增殖周期稳定，而且对质粒 DNA 摄取及表达具有良好的响应性，为探究微塑料介导的转染效应搭建了理想的细胞 “舞台”。
（二）实验方法
吸附动力学探究：
匠心设计实验体系，精密配制一系列混合溶液，保持质粒 DNA 浓度恒定于 0.5 μg/mL，同时引入梯度变化的聚苯乙烯微塑料浓度，范围从 0.005 mg/mL 至 5 mg/mL。将溶液轻柔转移至配备高温度控制模块（达 ±0.1°C）与稳定振荡功能（转速波动小于 ±5 rpm）的恒温振荡培养箱内，设定温度为人体生理温度 37°C，模拟体内真实微环境动态变化。
沿着精细规划的时间轴，在 0 min、2 min、5 min、10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h、4 h 等关键节点，运用微量移液器精准吸取少量溶液样本，随即高速离心（转速 ≥ 15000 rpm）分离微塑料与上清液。借助超灵敏荧光分光光度计，依据荧光共振能量转移（FRET）原理，测量上清液中残留质粒 DNA 的荧光强度，进而换算出浓度变化，绘制吸附动力学曲线，深度解读吸附速率的动态演进密码。
吸附等温线剖析：
营造恒温恒湿的实验条件，借助温控水浴精准维持溶液温度在 37°C。精细调控质粒 DNA 浓度，构建从 0.05 μg/mL 至 5 μg/mL 的梯度序列，同时固定聚苯乙烯微塑料添加量为 0.5 mg/mL。将溶液置于多通道涡旋振荡仪上，以柔和且持续的振荡促使吸附过程趋向平衡，全程利用动态光散射技术（DLS）实时监测溶液体系的稳定性，确保吸附过程真实可靠。
待吸附平衡达成，采用超速离心分离技术（转速 ≥ 20000 rpm）迅速分离微塑料与上清液，运用紫外可见分光光度计测量上清液在特定波长下的吸光度，结合比尔定律推算残留质粒 DNA 浓度。借助软件拟合 Langmuir、Freundlich 以及 Temkin 等多元吸附等温模型，精准锁定微塑料对质粒 DNA 的吸附容量、吸附平衡常数等参数，全方位揭示吸附行为的内在本质。
细胞转染深度研究：
以细胞培养的 “黄金法则” 为指导，将处于对数生长期、活力四射的细胞，按照每孔 0.8×10? 个细胞的精准密度接种至 96 孔板或 12 孔板，悉心培养至细胞单层紧密贴壁且融合度精准达到 75% - 85%，为转染实验铺垫完美开端。
创新性地运用层层自组装技术（LBL）制备含不同浓度聚苯乙烯微塑料吸附质粒 DNA 的纳米复合物，依据严谨的实验设计分组，将其逐孔精准滴加至细胞培养板，同步设立多维度对照组，包括仅含质粒 DNA 的传统转染阳性对照、不含任何添加物的空白细胞阴性对照以及仅含微塑料的潜在细胞毒性对照。转染完成后，细胞被轻置于含 5% CO?、湿度 95%、温度 37°C 的细胞培养 “梦幻舱” 内，持续孵育。
借助活细胞成像系统，实时、无损地观测细胞形态动态演变；运用高内涵分析技术（HCA），结合荧光标记与图像识别算法，全方位量化绿色荧光蛋白（若转染此基因）或荧光素酶（对应基因转染）的表达强度与分布模式，精准刻画转染效果；并在 24 h、36 h、48 h、60 h、72 h 等关键时间戳，收集细胞进行蛋白质免疫印迹（Western blot）与实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）检测，从蛋白与核酸水平双重锁定目的基因表达丰度，深度挖掘微塑料对质粒 DNA 转染的影响 “黑匣子”。
三、实验结果与讨论
（一）吸附动力学洞察
实验数据宛如一幅精美的动态画卷徐徐展开，清晰呈现出聚苯乙烯微塑料对质粒 DNA 的吸附进程紧密遵循时间的韵律。初始瞬间，吸附速率仿若离弦之箭，在极短时间内，大量质粒 DNA 如蜂拥而至般被微塑料表面 “捕获”，这一迅猛吸附态势主要源自微塑料表面经修饰或固有存在的高密度静电吸附位点与质粒 DNA 携带的相反电荷基团间爆发的强烈静电吸引 “风暴”。随着时间缓缓流淌，吸附速率渐次放缓，恰似激情过后的平和，直至数小时后达到吸附平衡的宁静港湾。尤为引人瞩目的是，纳米级微塑料凭借其超大的比表面积优势，相较于微米级同类，展现出更为凌厉的吸附 “身手”，吸附速率曲线陡峭上扬，吸附量亦显著占优，为解密吸附微观机理提供了关键 “拼图碎片”。
（二）吸附等温线探秘
经过对海量实验数据的 “抽丝剥茧” 与精密拟合运算，惊喜发现聚苯乙烯微塑料对质粒 DNA 的吸附行径与 Langmuir 等温模型高度契合，仿若量身定制，精准揭示其吸附遵循单分子层吸附的优雅 “舞步”，即质粒 DNA 分子如同训练有素的舞者，在微塑料表面活性位点上有序排列、翩翩起舞。进一步深挖数据宝藏，精准测定出不同情境下微塑料的吸附容量 “天花板”，且赫然发现这一关键指标深受微塑料自身 “特质密码”（如粒径、表面化学基团修饰、亲疏水性等）以及溶液环境 “调控旋钮”（像离子强度、pH 值、缓冲液成分等）的双重 “雕琢”，为后续靶向调控二者相互作用提供了坚实的量化 “操作手册”。
（三）细胞转染成果解读
细胞转染实验宛如一场精彩纷呈的 “生物烟花秀”，呈现出令人瞠目结舌的结果。相较于质粒 DNA 的 “单打独斗” 式常规转染，经聚苯乙烯微塑料 “牵手助力” 后的质粒 DNA 在细胞内的转染效率上演了一场 “跌宕起伏” 的传奇大戏。在微塑料浓度的 “黄金区间” 内，转染效率恰似火箭升空，一路飙升至峰值，仿佛微塑料施展了神奇 “魔法”，助力质粒 DNA 巧妙绕过细胞的重重 “安检关卡”，这或许得益于微塑料对细胞膜表面受体的 “迷惑”、内吞途径的 “优化”，进而增强了细胞摄取效率；然而，一旦微塑料浓度逾越 “红线”，转染效率便如自由落体般急剧下滑，恰似过度的热情引发细胞的 “应激反抗”，过量微塑料诱发细胞毒性应激，致使细胞代谢紊乱、膜结构受损，转染进程 “中道崩殂”，这一系列错综复杂却又充满魅力的结果为重新丈量微塑料的生物风险边界开辟了全新 “航道”。
四、结论
本研究恰似一场精心编排的科学交响乐，通过构建严谨缜密、环环相扣的实验体系，深入探索了聚苯乙烯微塑料吸附质粒 DNA 的转染效应这一前沿未知领域。成功解锁了微塑料对质粒 DNA 的吸附动力学、等温线特性以及背后隐匿的关键影响因素，更突破性地首次全景式揭示了其对细胞转染的双向调控 “杠杆效应”。这一具有开创性里程碑意义的成果，宛如划破夜空的璀璨星辰，不仅为微塑料生物效应的深度研究注入澎湃动力，推动学术巨轮破浪前行，更为科学界重新审慎评估微塑料在基因传递、生物安全等关键领域潜伏的威胁拉响了警报，提供了坚不可摧的证据 “盾牌”。展望未来，持续深耕多学科融合的肥沃土壤，方能在应对微塑料污染这场全球性 “生态马拉松” 中稳健领航，守护地球家园的生态健康与生物未来。