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

Die Bedeutung dieses Protokolls besteht darin, dass es eine genaue rheologische Charakterisierung von nicht-newtonschen biologischen Flüssigkeiten, wie z.B. Schleim, ermöglicht, insbesondere wenn nur sehr kleine Probenvolumina zur Verfügung stehen. Diese Technik ermöglicht die Charakterisierung der scheinbaren Fließspannung und der Viskoelastizität von komplex strukturierten biologischen Flüssigkeiten, wie z. B. Kiemenrechenschleim. Diese Methode ermöglicht die Abschätzung der Fließspannung von Kiemenrechenschleim und erleichtert die rheologische Charakterisierung und Protokollentwicklung ähnlicher biologischer Flüssigkeiten, wie z. B. menschliche, tierische und pflanzliche Sekrete.

Das Verfahren mit Kartik Bulusu wird von Samantha Racan, einer Doktorandin aus unserem Labor, demonstriert. Um etwa zwei Milliliter von 100 Milligramm pro Milliliter konzentrierter Fischschleimlösung herzustellen, führen Sie eine serielle Verdünnung von zwei Millilitern mit einer Konzentration von 400 Milligramm pro Milliliter durch, indem Sie zweimal deionisiertes Wasser im Verhältnis von eins zu zwei hinzufügen. Stellen Sie die Durchstechflasche mit der Schleimlösung auf einen Schüttler, bis die Lösung ausreichend homogenisiert ist und die Schleimpartikelansammlung gemildert wurde.

Um das Rheometer zu kalibrieren, starten Sie die Steuerungssoftware für das Rheometer und wählen Sie die Registerkarten Kalibrierung und Instrument. Klicken Sie auf Kalibrierung und kalibrieren, um sicherzustellen, dass die Kalibrierungswerte innerhalb von 10 % voneinander entfernt sind, und klicken Sie auf Akzeptieren. Drehen Sie die Welle oben auf dem Rheometer, um die Kegelwinkelgeometrie zu installieren.

Die Software erkennt die Kegelwinkelgeometrie mit einem Durchmesser von 40 Millimetern, einem Grad, einer Minute von null Minuten und 11 Sekunden. Um die Kalibrierung der Rheometergeometrie durchzuführen, klicken Sie unter Trägheit auf Kalibrierung und dann auf Kalibrieren. Klicken Sie auf Akzeptieren, um die Kalibrierung zu akzeptieren.

Klicken Sie unter Reibung auf Kalibrierung und dann auf Kalibrieren. Klicken Sie auf Akzeptieren, um die Kalibrierung zu akzeptieren. Die Kalibrierwerte für Geometrie, Trägheit und Reibung sollten in den entsprechenden Einheiten aufgezeichnet werden.

Um die Zero-Gap-Initialisierung durchzuführen, klicken Sie in den Optionen auf Gap. Stellen Sie im Popup-Fenster die Axialkraft auf einen Newton ein, klicken Sie auf OK und dann auf das Nullspaltsymbol. Die Initialisierung ist abgeschlossen, wenn die Axialkraft, die die Geometrie erfährt, größer oder gleich einem Newton wird, wenn sie die Peltier-Platte berührt.

Um sicherzustellen, dass der Rheometerspalt auf Null gesetzt wird, damit seine Referenzposition genau ist, verwenden Sie die Pfeile nach oben und unten, um die Geometrie auf eine beliebige Höhe anzuheben. Sowohl auf dem Steuerbildschirm des Rheometergeräts als auch auf dem Bedienfeld der Steuerungssoftware für das Rheometergerät wird die Spalthöhe angezeigt. Um das rheologische Experiment und den linearen viskoelastischen Bereich einer interessierenden Schleimlösung durchzuführen, laden Sie etwa 300 Mikroliter der Fischschleimlösung in eine Ein-Milliliter-Pipettenspitze und laden Sie die Lösung auf die Peltierplatte.

Drücken Sie auf das Symbol Gehe zu Trimmspalt, um die Geometrie auf die Peltier-Platte abzusenken. Verwenden Sie die Pipette, um überschüssige Schleimlösung zu entfernen, während Sie eine kleine Winkelgeschwindigkeit auf den Motor ausüben, und klicken Sie auf die Symbole Stopp und Anwenden, bis der Drehmomentwert ein Minimum erreicht. Um Experimente mit der Oszillationsamplitude durchzuführen, stellen Sie im Menü "Verfahren" der Registerkarte "Experimente" die Oszillation und die Amplitude ein und stellen Sie die Temperatur auf 22 Grad Celsius ein.

Stellen Sie die Einweichzeit auf 120 Sekunden ein und prüfen Sie, ob die Temperatur abgewartet wird. Stellen Sie die Frequenz auf ein Hertz, das Drehmoment auf 10 bis 10.000 Mikronewtonmeter und die Punkte pro Dekade auf 10 ein. Klicken Sie anschließend auf das Symbol "Duplikat einfügen".

Ändern Sie die Amplitude in die Frequenz. Stellen Sie die Temperatur auf 22 Grad Celsius und die Einweichzeit auf null Sekunden ein. Legen Sie den Dehnungsprozentsatz auf eins fest.

Stellen Sie im logarithmischen Sweep-Menü die Frequenz auf 20 bis 1 Hertz und die Punkte pro Dekade auf 10 ein. Um das Flow-Sweep-Verfahren einzurichten, klicken Sie auf das Symbol "Duplizierten Schritt einfügen", ändern Sie dann die Oszillation in "Flow" und wählen Sie "Sweep", um die Temperatur auf 22 Grad Celsius und die Einweichzeit auf null Sekunden einzustellen. Stellen Sie die Scherrate auf 1 bis 10.000 pro Sekunde und die Punkte pro Dekade auf 10 ein, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen für die stationäre Erfassung.

Klicken Sie auf das Symbol "Gehe zu Geometriespalt", um die Geometrie auf den voreingestellten geeigneten Spalt für eine bestimmte Geometrie abzusenken, und klicken Sie in der Gerätesoftware auf "Start" und beobachten Sie die Bewegung der Kegelgeometrie. Ein Echtzeitdiagramm, das den Verlust der Speichermodule meldet, wird vom Rheometer im Hauptfenster erstellt, nachdem die Einweichzeit der Temperatur erreicht ist. Klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die Registerkarte Diagrammvariablen auszuwählen, und legen Sie die X-Achse des Diagramms auf Oszillationsdehnung in Prozent fest, um die gewünschten Daten anzuzeigen.

Um die Winkelfrequenzdaten anzuzeigen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Frequenz-Sweep, und wählen Sie An neues Diagramm senden aus. Um die Daten zur scheinbaren Viskosität im Vergleich zur Scherspannung in Echtzeit anzuzeigen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Flow Sweep und wählen Sie In neues Diagramm senden aus. Speichern Sie dann die Datei, die sowohl das experimentelle Verfahren als auch die Ergebnisse enthält, im nativen Dateiformat der Steuerungssoftware für Rheometerinstrumente, wenn das Experiment beendet ist. Exportieren Sie für die grafische Analyse die Schleimrheologiedaten in eine Tabelle und führen Sie zusätzliche Codes für die scheinbare Viskosität für unterschiedliche Scherdehnungsraten und Verlustmodul, Speichermodul und Phasenwinkel für unterschiedliche Schwingungsspannungen aus, um Diagramme der Ergebnisse zu erstellen.

Wie in dynamischen Oszillationsamplitudendaten beobachtet, verringerte sich der Speichermodul der Konzentration von 200 Milligramm pro Milliliter und überschritt den Verlustmodul innerhalb des Spannungsbereichs. Die Phasenwinkeldaten für diese Konzentration zeigten einen stetigen Übergang zu viskoelastischer Flüssigkeit mit einem Übergangsbereich der Fließspannungen. Moduldaten für die Konzentration von 400 Milligramm pro Milliliter zeigten ein Fließphänomen mit einem Übergangspunkt zwischen dem Speicher- und dem Verlustmodul, das bei der scheinbaren Fließspannung von etwa 0,27 Pascal auftrat.

Die Phasenwinkeldaten für die Konzentration von 400 Milligramm pro Milliliter zeigten einen scharfen Übergang zu viskoelastischer Flüssigkeit mit einem Übergangspunkt bei etwa 0,27 Pascal. Wie in den Daten der stetigen Scherrate beobachtet, wies die Konzentration von 100 Milligramm pro Milliliter eine überwiegend konstante Viskosität außerhalb der hervorgehobenen Bereiche der Instrumentenbegrenzung, einen vernachlässigbaren flachen Bereich und ein newtonsches flüssigkeitsähnliches Verhalten auf. Die Konzentration von 200 Milligramm pro Milliliter zeigte ein nicht-newtonsches Verhalten mit zunehmenden Scherraten und einer Neigung zum Nachgeben mit einem ausgeprägten flachen Bereich.

Die Konzentration von 400 Milligramm pro Milliliter kommt der Zusammensetzung des Kiemenrechenschleims am nächsten und zeigt eine deutliche Änderung des Zustands des Schleims von gelartiger zu einer scherverdünnenden Flüssigkeit, nachdem sie bei etwa 0,27 Pascal nachgegeben hat. Wie im Protokollmanuskript beschrieben, ist es wichtig, den prozentualen Wert der Oszillationsdehnung innerhalb des linearen viskoelastischen Bereichs des Kiemenrechenschleims zu bestimmen, bevor die dynamischen Sweeps ausgeführt werden. Unser Protokoll kann verwendet werden, um die scheinbare Fließspannung von klebrigen und gelartigen biologischen Flüssigkeiten zu ermitteln, und kann auf Klebr- und Schältests erweitert werden, um die Adhäsivität von schleimartigen Materialien vollständig zu charakterisieren.

Dieses Protokoll ebnet den Weg für die hydrodynamische Untersuchung der Filterzuführung mit schleimartigen Materialien, die Erstellung von Analysemodellen und die Weiterentwicklung von Cross-Flow- und Membranfiltrationstechnologien.