本方案介绍了一种对鲢鱼鳃耙（GRs）上附着的黏液进行流变学表征的方法。通过测量黏度、储能模量和损耗模量，获得GR-黏液的黏弹性特征，并据此评估其表观屈服应力，以理解鳃耙中的滤食机制。
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摘要
摘要
鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）是一种入侵性的以浮游生物为食的滤食性鱼类，因其高效的滤食机制而侵入了密西西比河上游流域的天然水道。许多此类滤食性鱼类具有称为鳃耙（GRs）的特征性器官，有助于高效过滤大小为几微米的食物颗粒，例如浮游植物。
研究银鲫鳃耙黏液流变学特性的动机源于我们希望理解其在滤食过程中所起的作用。富含黏液的流体在“浓稠且黏滞”的状态下，可能有助于食物颗粒的黏附。该流体在鳃耙膜中的渗透与传输过程 在外加剪切力诱导出不同剪切应变速率的作用下，黏液流变学特性可为揭示鲢在滤食性鱼类中的显著竞争优势提供重要线索。据此推测，鲢的黏液可能具有黏附食物颗粒的功能，并可作为运输载体，协助完成滤食过程。
本实验方案的主要目的是测定黏液的屈服应力，即在具有结构的黏弹性材料中首次观察到不可逆塑性变形时，引发流动所需的最小剪切应力。因此，采用旋转流变仪研究了胃肠道黏液（GR黏液）的流变学特性，包括其非牛顿流体特性和剪切稀化行为下的黏度、储能模量和损耗模量。
本方案用于分析从密苏里河哈特溪（Hart Creek）捕获的鲢鱼的鳃耙中提取的黏液的流变特性。该方案旨在建立一种有效的策略，以对假设为具有结构的黏弹性材料的黏液进行流变学测试和材料表征。
引言
鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）是一种以浮游生物为食的滤食性鱼类，属于入侵物种，已侵入美国多个天然水道。该物种最初被引入上密西西比河流域，用于控制藻华1,2,3。鲢鱼的摄食效率极高，通常可摄取的食物颗粒大小范围从4至20 μm的微小颗粒，到约80 μm大小的较大浮游动物3,4,5。该物种已排挤了其他本地鱼类，并可能通过限制资源可及性对本地水体生态系统造成巨大破坏1,2,6。因此，鲢鱼和鳙鱼等滤食性鱼类对五大湖构成了重大威胁1,2,6,7,
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方案
1. 不同浓度黏液溶液的制备
注意：本实验需配制三种浓度的黏液溶液（分别为 400 mg/mL、200 mg/mL 和 100 mg/mL，对应体积约为 1 mL、1 mL 和 2 mL）。
- 为计算黏液的质量，测量装有（的离心管的平均质量M含黏液 ; mg）且无黏液（M小瓶 ; mg）。然后用含有黏液的离心管质量减去不含黏液的离心管质量（M黏液 = M含黏液 - M小瓶 ; mg).
- 用去离子水将黏液稀释成三种浓度（400、200、100 mg/mL）。
- 使用移液器向黏液中加入0.6 mL去离子水，配制浓度为400 mg/mL的黏液溶液。
注意：由于提取的黏液体积约为1.4 mL，因此400 mg/mL溶液的总体积约为2 mL。 - 将400 mg/mL黏液溶液小瓶置于摇床中，确保黏液溶液充分均质化，并减少任何黏液颗粒的聚集。
- 使用移液器将一半体积的第一浓度黏液溶液转移至新小瓶中，并向新小瓶中加入1 mL去离子水，配制第二浓度的黏液溶液（200 mg/mL）。 ....
- 使用移液器向黏液中加入0.6 mL去离子水，配制浓度为400 mg/mL的黏液溶液。
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结果
本部分介绍了使用旋转流变仪（锥形几何结构，直径40 mm，角度1° 0’ 11’’）和帕尔帖温控平板对胃食管反流（GR）黏液进行实验的结果。这些实验有助于表征GR黏液的非牛顿流体特性、剪切稀化行为以及表观屈服应力，后者反映了黏液从类凝胶物质向类流体物质转变的过程。代表性结果包含了对旋转流变仪仪器低扭矩极限和二次流动效应的定量描述。仪器的测量限制、稳态及动态应变率测量有助于准确确定GR黏液的黏弹性行为趋势及其表观屈服应力。表观屈服应力的测量提供了观察GR黏液发生不可逆塑性变形并开始流动所需的最小应力的方法。GR黏液的流动起始倾向可归因于其对食物颗粒的黏附与运输功能。GR黏液的黏附与运输功能是宏观层面的材料属性，由本实验方案中的流变学测量结果所揭示。因此，本方案通过宏观流变学方法对GR黏液进行了表征。
实验所用黏液取自最多三条鲢鱼的数个鳃耙，无任何可见的血液痕迹1,2。所获取的样品按方案稀释为另外两个样品。所有测量均在22 ± 0.002 °C的受控温度下进行
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讨论
开发本方案的主要目标之一是证明其适用于在样品体积非常小的情况下对鳃耙黏液进行流变学表征。我们承认，需要采集更多鲢鱼群体的样品才能全面表征鳃耙黏液的流变特性，本文所提供的数据不能推广至整个鲢鱼种群。本研究所采用的技术因其在小样品体积流变学表征中的有效性，以及在涉及更大数量黏液样品的深入研究中的适用性而具有合理性。
该方案中的关键步骤包括制备不同浓度的黏液溶液、使用旋转流变仪进行测量和数据采集，以及通过图形表示和数据分析获得物理特性方面的深入认识。
从所示图形表示中获得对GR黏液数据的物理理解 图3 和 图4，这些数据用预期材料行为的属性进行标注。零剪切应变率黏度（ηo在低剪切应变速率下，材料分子的流动性占主导地位，此时可观察到相应的值（图3A 和 图8A）。无限.......
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披露
未声明任何利益冲突。
致谢
作者感谢乔治华盛顿大学仿生与仿生工程中心提供的支持和资助。我们感谢乔治华盛顿大学生物科学系的L. Patricia Hernandez教授为本研究提供了灵感和持续的合作，她在银鲤生理学方面的专业知识以及所提供的黏液样本对研究至关重要。我们感谢实验室工作的协助者：David Palumbo先生、Carly Cohen女士、Isaac Finberg先生、Dominick Petrosino先生、Alexis Renderos先生、Priscilla Varghese女士、Carter Tegen先生和Raghav Pajjur先生；同时感谢TA Instruments公司（位于美国特拉华州纽卡斯尔）的Thomas Evans先生和James Thomas先生在流变仪使用培训和设备维护方面提供的支持。图5A和5C的图像由乔治华盛顿大学生物科学系L. Patricia Hernandez教授在解剖过程中拍摄。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 材料 | |||
| Kim擦拭纸 | VWR | 470224-038 | 用于清洁板上的样品 |
| 手套 | VWR | 89428-750 | 防止样品污染 |
| 移液器 | VWR | 89079-974 | 用于将样品从瓶中转移至流变仪 |
| 移液器吸头 | Thermo Scientific | 72830-042 | 用于将样品从瓶中转移至流变仪 |
| 振荡器 | VWR | 89032-094 | 用于均匀混合黏液样品 |
| 样品瓶 | VWR | 66008-710 | 用于盛装定量体积的样品 |
| 电子天平 | Ohaus | Scout –SPX Balances | 用于称量黏液样品的质量 |
| 化学试剂 | |||
| 去离子水 (H20) | - | - | 液体 |
| 无菌70%异丙醇 (C3H8O) | VWR | 89108-162 | 液体 |
| GR黏液 | |||
| 100 mg/mL浓度，2mL | - | - | 黏弹性材料 |
| 400 mg/mL浓度，1mL | - | - | 黏弹性材料 |
| 200 mg/mL浓度，1mL | - | - | 黏弹性材料 |
| 软件 | |||
| MATLAB | Mathworks | R2017a | 数据分析、后处理及图形化表示 |
| Trios | TA Instruments | v4.5.042498 | 流变仪仪器控制与分析软件 |
参考文献
- Cohen, K. E., Hernandez, L. P. The complex trophic anatomy of silver carp, Hypophthalmichthys molitrix, highlighting a novel type of epibranchial organ. Journal of Morphology. 279, 1615-1628 (2018).
- Cohen, K. E., Hernandez, L. P.
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重印与许可
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