Makrorheologische Charakterisierung von Kiemen-Raker-Schleim im Silberkarpfen, Hypophthalmichthys molitrix

Zusammenfassung

Dieses Protokoll stellt eine Methode zur rheologischen Charakterisierung von Schleim vor, der sich auf Kiemenrechen (GRs) des Silberkarpfens befindet. Viskoelastische Eigenschaften von GR-Schleim, die durch Messung von Viskositäts-, Speicher- und Verlustmodulen erhalten werden, werden auf die scheinbare Streckgrenze untersucht, um den Filterfütterungsmechanismus in GRs zu verstehen.

Zusammenfassung

Der Silberkarpfen, Hypophthalmichthys molitrix, ist ein invasiver planktfressender Filterfüttererfisch, der aufgrund seines hocheffizienten Filterfütterungsmechanismus die natürlichen Wasserwege des oberen Mississippi-Beckens befallen hat. Die charakteristischen Organe, die als Kiemenrechen (GRs) bezeichnet werden und in vielen solchen Filterfütterern zu finden sind, erleichtern die effiziente Filtration von Lebensmittelpartikeln wie Phytoplankton, die einige Mikrometer groß sind.

Die Motivation, die Rheologie des GR-Schleims zu untersuchen, rührt von unserem Wunsch her, seine Rolle bei der Unterstützung des Filterfütterungsprozesses im Silberkarpfen zu verstehen. Die schleimreiche Flüssigkeit in einem "dicken und klebrigen" Zustand kann die Haftung von Lebensmittelpartikeln erleichtern. Die Permeation und der Transport durch die GR-Membran werden durch die Einwirkung externer Scherkräfte erleichtert, die unterschiedliche Scherdehnungsraten induzieren. Daher kann die Schleimrheologie einen wichtigen Hinweis auf die enorme Überkonformität des Silberkarpfens im Pool der filterfütternden Fische liefern. Auf dieser Grundlage wurde postuliert, dass GR-Schleim eine Klebefunktion für Lebensmittelpartikel bieten und als Transportmittel zur Unterstützung des Filterfütterungsprozesses fungieren kann.

Das Hauptziel des Protokolls ist es, die Streckgrenze des Schleims zu bestimmen, die auf die minimale Scherspannung zurückzuführen ist, die erforderlich ist, um eine Strömung zu initiieren, bei der eine irreversible plastische Verformung zuerst über ein strukturiertes viskoelastisches Material beobachtet wird. Dementsprechend wurden die rheologischen Eigenschaften des GR-Schleims, d.h. Viskositäts-, Speicher- und Verlustmodule, mit einem Rotationsrheometer auf seine nicht-newtonsche, scherverdünnende Natur untersucht.

Ein hier vorgestelltes Protokoll wird verwendet, um die rheologischen Eigenschaften von Schleim zu analysieren, der aus den Kiemenrechen eines Silberkarpfens gewonnen wird, der am Hart Creek-Standort des Missouri River gefischt wird. Das Protokoll zielt darauf ab, eine effektive Strategie für rheologische Tests und Materialcharakterisierung von Schleim zu entwickeln, von dem angenommen wird, dass er ein strukturiertes viskoelastisches Material ist.

Einleitung

Der Silberkarpfen( Hypophthalmichthys molitrix) ist ein planktivorer Filterfresser und eine invasive Art, die mehrere natürliche Wasserstraßen in den Vereinigten Staaten infiltriert hat. Diese Art wurde ursprünglich im oberen Mississippi River Becken eingeführt, um Algenblüten^1,2,3zu kontrollieren. Der Silberkarpfen ist ein äußerst effizienter Feeder. Typischerweise reichen die Partikelgrößen der Verbrauchsmaterialien von 4 bis 20 μm bis zu größerem Zooplankton, das etwa 80 μm^3,4,⁵

Protokoll

1. Herstellung der Schleimlösungen verschiedener Konzentrationen

HINWEIS: Für dieses Experiment werden drei Konzentrationen der Schleimlösung (400 mg/ml, 200 mg/ml und 100 mg/ml mit ungefähren Volumina, 1 ml, 1 ml bzw. 2 ml) vorbereitet.

1. Um die Masse des Schleims zu berechnen, messen Sie die durchschnittliche Masse der Fläschchen mit (M_{mit Schleim} ; mg) und ohne Schleim (M_Fläschchen ; mg). Dann subtrahieren Sie die Masse der Fläschchen mit Schleim mit der masse ohne schleim (M_schleim = M mit_schleim - M_fläschchen

Ergebnisse

In diesem Abschnitt stellen wir die Ergebnisse der Experimente an GR-Schleim mit einem Rotationsrheometer mit Kegelgeometrie (40 mm Durchmesser, 1° 0' 11'') und einer Peltierplatte vor. Die Experimente halfen bei der Charakterisierung des nicht-newtonschen, scherverdünnenden Verhaltens des GR-Schleims und der scheinbaren Streckgrenze, die den Schleimübergang von einem gelartigen Material zu einem flüssigkeitsähnlichen Material darstellt. Die repräsentativen Ergebnisse beinhalten quantitative Beschreibungen von Drehmoment.......

Diskussion

Eines der Hauptziele bei der Entwicklung dieses Protokolls ist es, festzustellen, dass es sich gut für die rheologische Charakterisierung von GR-Schleim eignet, wenn sehr kleine Probenvolumina verfügbar sind. Wir erkennen an, dass mehr Proben aus einer Schule von Silberkarpfen benötigt werden, um die rheologischen Eigenschaften des GR-Schleims vollständig zu charakterisieren, und die hier vorgestellten Daten stellen keine Verallgemeinerung über die gesamte Silberkarpfenpopulation dar. Unsere Technik ist wegen ihrer Wirks.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Materials
Kim Tücher	VWR	470224-038	Zum Reinigen der Probe von
der Platte Handschuhe	VWR	89428-750	Zur Vermeidung einer Kontamination der Probe
Pipette	VWR	89079-974	Zum Transport der Probe vom Fläschchen zum Rheometer
Pipettenspitzen	Thermo Scientific	72830-042	Zum Transport der Probe vom Fläschchen zum Rheometer
Schüttler	VWR	89032-094	Zum homogenen Mischen der Schleimprobe
Fläschchen	VWR	66008-710	Enthält gemessene Probenvolumina
Waage	Ohaus	Scout – SPX Waagen	Zum Wiegen der Masse von Schleimproben
Chemische Reagenzien
Deionisiertes Wasser (H20)	-	-	Flüssig
steril 70% Isopropanol (C3H8O)	VWR	89108-162	Flüssig
GR Schleim
100 mg/ml-Konzentration, 2ml	-	-	Viskoelastisches Material
400 mg/mL Konzentration, 1 mL	-		Viskoelastisches Material
200 mg/mL Konzentration, 1 mL	-		Viskoelastisches Material
Software
MATLAB	Mathworks	R2017a	Datenanalyse, Nachbearbeitung und grafische Darstellung
Trios	TA Instruments	v4.5.042498	Steuerungs- und Analysesoftware für Rheometergeräte