Summary
Bu protokol, gümüş sazan solungaç rakers (GR) üzerinde bulunan mukus reoloji karakterizasyonunu gerçekleştirmek için bir yöntem sunar. Viskozite, depolama ve kayıp modülü ölçülerek elde edilen GR-mukusun viskoelastik özellikleri, GR'lerdeki filtre besleme mekanizmasını anlamak için belirgin verim stresi açısından değerlendirilir.
Abstract
Gümüş sazan, Hypophthalmichthys molitrix, yüksek verimli filtre besleme mekanizması nedeniyle yukarı Mississippi Nehri havzasının doğal su yollarını istilacı bir planktivor filtre besleyici balıktır. Bu tür birçok filtre besleyicide bulunan solungaç tırmıkları (GR) adı verilen karakteristik organlar, birkaç mikron büyüklüğündeki fitoplanktonlar gibi gıda parçacıklarının verimli filtrasyonunu kolaylaştırır.
GR mukusun reolojisini araştırma motivasyonu, gümüş sazandaki filtre besleme sürecine yardımcı olmadaki rolünü anlama isteğimizden kaynaklanmaktadır. Mukus bakımından zengin sıvı, 'kalın ve yapışkan' bir durumda gıda partiküllerinin yapışmalarını kolaylaştırabilir. GR membranındaki geçirgenlik ve taşıma, değişen kesme gerilme hızlarını indükleyen dış kesme kuvvetlerinin etkisiyle kolaylaşır. Bu nedenle, mukus reolojisi, filtre besleme balığı havuzu içindeki gümüş sazanın muazzam rekabet edici doğasına dair hayati bir ipucu sağlayabilir. Buna dayanarak, GR mukus'un gıda parçacıklarına yapışkan bir işlev sağlayabileceği ve filtre besleme işlemine yardımcı olmak için bir taşıma aracı olarak hareket edebileceği ortaya atmıştır.
Protokolün temel amacı, yapılandırılmış viskoelastik bir malzemede geri dönüşü olmayan plastik deformasyonun ilk kez gözlendiği akışı başlatmak için gereken minimum kesme stresine atfedilen mukus verim stresini belirlemektir. Buna göre, GR mukusunun reolojik özellikleri, yani viskozite, depolama ve kayıp modülü, dönme reometresi kullanılarak Newton olmayan, kesme inceltici doğası açısından araştırılmıştır.
Burada sunulan bir protokol, Missouri Nehri'nin Hart Creek mevkiinde avlanan gümüş bir sazan balığının solungaç tırmıklarından çıkarılan mukusun reolojik özelliklerini analiz etmek için kullanılır. Protokol, yapılandırılmış viskoelastik bir malzeme olduğu varsayılan mukusların reolojik test ve malzeme karakterizasyonu için etkili bir strateji geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Introduction
Gümüş sazan, Hypophthalmichthys molitrix, planktivor bir filtre besleyici ve Amerika Birleşik Devletleri'nde birkaç doğal su yoluna sızmış istilacı bir türdür. Bu tür başlangıçta alg çiçeklenmelerini kontrol etmek için yukarı Mississippi Nehri havzasında tanıtıldı1,2,3. Gümüş sazanı son derece verimli bir besleyicidir. Tipik olarak, tüketilebilir gıda partikül boyutları 4 ila 20 μm arasında değişmektedir ve yaklaşık 80 μm3,4,5olan daha büyük zooplanktonlardır. Bu tür diğer yerli balıkları geride sağlamıştır ve mevcut kaynakları1,2,6sınırlayarak yerel su yollarına büyük zarar verebilir. Bu nedenle, gümüş sazanı ve kocabaş sazanı gibi filtre besleme balıkları Büyük Göller 1 , 2,6,7,8için büyük bir tehdit oluşturur.
Filtre besleme balıkları, yüzeylerinde bulunan ince bir mukus tabakası ile solungaç tırmıkları (GR) adı verilen özel organlara sahiptir. Bu organlar, gelen sıvıdan gelen küçük parçacıkların filtrasyon ve toplanmasının verimliliğini artırır. Burada sunulan protokolün amacı, newton olmayan, kesme inceltici malzeme özelliğini karakterize etmek ve gümüş sazandaki solungaç rakerlerinin iç yüzeyinden elde edilen GR mukusun verim stresini karakterize etmektir. Rotasyonel bir reometre kullanılarak tespit edilen GR-mukus verim stresinin değeri bu çalışmada ilgi çekicidir. "Belirgin verim stresi" olarak da adlandırılan ölçülen verim stresi, sabit kesme hızı veya dinamik salınımlı gerinim tipi9,10gibi testyöntemlerinebağlıdır. Kesme inceltme, 'verim-stres sıvısı', kritik bir uygulamalı stres9,11'dekatı benzeri davranıştan sıvı benzeri davranışa geçişten geçer. Belirgin verim stresi, akışı başlatmak için gereken minimum kesme stresidir veya mukus jel benzeri bir malzemeden sıvı benzeri bir malzemeye geçtiğinde geri dönüşü olmayan plastik deformasyonun ilk gözlendiği şeydir. Bu davranış yapılandırılmış viskoelastik malzemelerde gözlenebilir. GR mukusunun jel benzeri davranışından sıvı benzeri davranışına geçiş, iki işlev gerektirir, yani gıda partiküllerini toplamak için yapışkan bir rol ve partikül teslimatı ve filtrasyon sürecine yardımcı olmak için bir nakliye aracı rolü. Mukusun genişletilmiş işlevi, hastalık direnci ve solunumunda difüzyon bariyerleri oluşturmayı, beslenme faktörlerinin, toksik bileşenlerin ve atılımın kontrollü salınımını sağlamayı, beslenme ve yuvalama için metabolik yollar oluşturmayı, avcı korumasına yardımcı çalışmayı ve hareket ve itici verimliliği artıran sınır katmanı modifikasyonları üretmeyi içerir12,13,14.
Basit sıvıların aksine, mukus gibi karmaşık sıvılar akış koşullarına göre değişen özelliklere sahiptir ve toplu ölçek fiziksel davranışlarını tanımlamak için ek ölçüm parametreleri gerektirir. GR mukus viskozitesini ve verim stresini izlemek için reolojik ölçümler rotasyonel bir reometre kullanılarak gerçekleştirilir. Rotasyonel reometre, sıvı örneğiyle temas eden dönen bir disk vasıtasıyla sabit veya salınımlı bir kesme gerilimi veya gerinim uygular ve yanıtını ölçer. Bu enstrümanı ve tekniği kullanmanın arkasındaki mantık, reometrenin gümüş sazanının GR mukusunun malzeme özelliklerini tanımlamak için bir dizi ölçüm sağlayabilmesidir, bu da tek başına viskozite ile tanımlanamaz.
Mukus viskoelastik bir malzemedir ve dayatılmış bir deformasyona karşı mekanik tepkisi saf bir katının (Hooke'un esneklik yasasına tabidir) ve saf bir sıvının (Newton'un viskozite yasasına tabidir)arasında 15,16. Mukusun içinde bulunan karmaşık makromoleküler ağ, dış güçlere veya deformasyona yanıt olarak uzayabilir ve yeniden yönlendirilebilir. Dönme reometresi, Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterildiği gibi bir koni geometrisi ve bir Peltier plakasından oluşur (enstrümantasyon özellikleri için bkz. Tablo 1). Bu çalışmanın amacı GR mukusunun reolojik özelliklerini belirlemek için bir protokol geliştirmekti. Rotasyonel reometrenin bir viskometreye göre bir avantajı, küçük numune hacimlerini kullanarak dinamik ölçümler yapabilmesidir. Bu çalışmada GR mukus örneklemi yaklaşık 1.4 mL idi. Öte yandan, viskometre sabit kesme hızları ile sınırlıdır ve büyük numune hacimleri gerektirir.
Mukusun reolojik özelliklerinin gümüş saza anatomisi içinde büyük ölçüde değişmesi beklenir. Örneğin, GR yüzeylerinde bulunan mukus özellikleri epibranchial organdan farklı olabilir. Balığın farklı bölgelerindeki mukus özelliklerinin potansiyel değişkenliğini hesaba katmak için, elde edilen GR mukus örneği seyreltildi ve rotasyonel reometre kullanılarak üç konsantrasyonda çözeltiler oluşturuldu ve test edildi.. Protokolün yürütülmesinden sonra bildirilen mukus reolojisi ile ilgili veriler ve sonuçlar ölçüm tekniğinin etkinliğini göstermiştir. Bu makalede sunulan açıklayıcı veriler tüm gümüş saza popülasyonu genelinde genelleştirilmemiştir. Burada sunulan protokol, diğer hipotezleri test etmek için daha büyük örnek kümelerinde mukus reolojisini araştırmak için genişletilebilir.
Bu çalışmanın amacı GR mukus reolojisinin reolojik özelliklerinin üç farklı mukus konsantrasyonu (400 mg/mL, 200 mg/mL ve 100 mg/mL) ile varyasyonunun ortaya koymaktır. 400 mg/mL konsantrasyonu, balık GR'lerinden hasat edilen ham mukus örneğini temsil eder. Mukus örneklerinin seyreltilmesi, kesme inceltme derecesinin ve belirgin verim stresinin konsantrasyonun bir işlevi olarak değerlendirilmesine ve GR mukusunun Newton olmayan davranışlara geçiş konsantrasyonunun belirlenmesine izin verdi. Bir çalkalayıcı, romatolojik verilerdeki hataları azaltmak için örneklerdeki büyük mukus kümelerini parçalamak için kullanıldı.
Balıklar da dahil olmak üzere çoğu omurgalıda, baskın mukus oluşturan makromoleküller, dolanıklıklar veya kimyasal çapraz bağlama ile suda şişme eğiliminde olan ve jel benzeri bir malzeme oluşturan glikoproteinlerdir (mucinler)12,13,17 ,18,19,20. Yüksek moleküler ağırlıklı, jel oluşturan makromoleküller ve yüksek su içeriği mukustaki kayganlığı yansıtır13. Makromoleküler etkileşimlerin yüksek derecede jel oluşumuna yol haline, düşük makromoleküler etkileşim seviyeleri veya kırık bağlar yüksek viskoziteli sıvılarla sonuçlanır21.
Filtre besleme balıklarında gıda partikül filtrasyonu süreçleri, yapıştırma potansiyelini belirleyen uyum ve viskozite gibi GR mukusla ilgili özellikler tarafından desteklenir ve22. Mukus bazlı yapışma kuvveti spesifik intermoleküler, elektrostatik veya hidrofobik etkileşimlere bağlıdır23. Sanderson ve ark.24, karabalıkta mukus bazlı yapışıklık için kanıt buldukları bir süspansiyon besleme çalışması yaptı. Askıya alınmış gıda partiküllerinin mukozal bir yüzeye yapışmasının, mukusla birbirine bağlanmış partiküllerin birleştirilmiş kümelerinin yönlendirilmiş su akışı ile taşınması ile takip edildiğini belirttiler24. Su akışından kaynaklanan kesme gerinim oranlarına maruz kalan mukus, gıda partiküllerinin sindirim organlarına teslimini kolaylaştırır. Filtrelenmiş parçacıkları gözlemlemek için endoskopik teknikler kullanılmıştır24.
GR mukus reolojik testinde kesme oranları ve pratik sınırlar aralığına ilişkin literatür azdır. Bu nedenle, mide, burun, servikal ve akciğer mukusu, somon derisi mukus, hagfish slime ve kemik-eklem yüzey yağı üzerinde yapılan reolojik çalışmalardan rehberlik arandı ve burada reolojik karakterizasyon ve Newton olmayan özelliklerincelendi 11,12,25 , 26,27,28,29,30,31. Daha yakın zamanda, balık derisi mukusunun hareket ve itici verimlilik üzerindeki etkisi sabit kesme hızı viskometrisi kullanılarak incelenmiştir. Deniz levreği, levrek ve yetersiz ile ilgili cilt mukus reolojisi çalışmaları (herhangi bir seyreltme veya homojenizasyon olmadan) tipik olarak düşük kesme oranlarında Newton dışı davranışlar göstermiştir14. İlgili başka bir çalışmada, Senegal tabanının dorsal ve ventral taraflarından alınan ham deri mukus örneklerinin Newton olmayan davranışlar sergilediği ve32olarak kabul edilen tüm kesme oranlarında ventral mukusun daha yüksek viskozitesini gösterdiği bulunmuştur. Hidrojel iskele gelişimi ve sabit bir kesme hızı viskometresi kullanılarak yüksek konsantre süspansiyonlar için diğer reolojik protokoller de literatürdebildirilmiştir 33,34.
Bu çalışmada, GR mukus özellikleri, karmaşık biyolojik sıvılar üzerinde yapılan reoloji deneylerinde yaygın olarak kullanılan gerinim hızı kontrollü, rotasyonel reometre kullanılarak araştırılmıştır25. Newton sıvıları için, görünür viskozite sabit kalır, kesme hızından bağımsızdır ve kesme gerilmeleri kesme gerilme oranlarına göre doğrusal olarak değişir (Şekil 3A, B). Newton dışı sıvılar için (kesme inceltme sıvıları gibi) viskozite kesme hızına veya deformasyon geçmişine bağlıdır (Şekil 3A, B). Kayıp modülü (G"), malzemenin akış eğilimine ne ölçüde direndiği ve akışkan viskozitesini temsil ettiği dereceyi temsil eder (Şekil 4). Depolama modülü (G'), malzemenin stres kaynaklı deformasyonu takiben orijinal şeklini geri kazanma eğilimini temsil eder ve elastikiyete eşdeğerdir (Şekil 4). Faz açısı (δ) veya kayıp teğet değeri, G"/G'nin ters tanjantından hesaplanır. Enerji kaybı ve depolama arasındaki dengeyi temsil eder ve ayrıca viskoelastik malzemeleri karakterize etmek için ortak bir parametredir (Bir Hookean katısı için δ = 0° ; viskoz bir sıvı için δ = 90 ° ; viskoelastik bir katı için 45 ° δ < ve viskoelastik bir sıvı için 45 ° δ >) (Şekil 4)25. Yapılandırılmış sıvılardaki belirgin verim stresi (σy),sabit durum süpürme ve dinamik gerilme-gerinim süpürmelerinden reolojik verilerde gözlemlenebilen bir durum değişikliğini temsil eder10. Harici uygulanan stres belirgin verim stresinden daha azsa, malzeme elastik olarak deforme olur. Stres görünür verim stresini aştığında (Şekil 3B'de"ortalama stres" olarak işaretlenmiştir), malzeme elastikten plastik deformasyona geçiş yapacak ve sıvı durumunda akmaya başlayacaktır35. Salınımlı gerilme (veya gerinim) koşulları altında mukus numuneslerindeki depolama modülünün (G') ve kayıp modüllerinin (G") ölçülmesi, jel benzeri sıvı benzeri davranıştan malzeme durumundaki değişimi ölçer.
Depolama modülü (G'), kayıp modülü (G") ve görünür viskozite (η) ile ilgili verileri izlemek için gerçekleştirilen reometre testlerinin türleri burada açıklanmıştır. Dinamik salınım testleri (gerinim süpürme ve frekans taramaları) koni geometrisinin kontrollü salınımı altında G' ve G" izledi. Dinamik gerinim süpürme testleri, içsel malzeme yanıtını izleyerek mukusun doğrusal viskoelastik bölgesini (LVR) belirledi (Şekil 4). Sabit salınım frekansı ve sıcaklığında verim davranışını belirlemek için gerinim süpürmeleri kullanıldı. Dinamik frekans süpürme testleri, sabit bir genlikte (gerinim veya stres) ve sıcaklıkta artan frekansa (deformasyon oranı) malzeme tepkisini izledi. Dinamik frekans süpürme testleri için doğrusal viskoelastik bölgede (LVR) gerinim korundu. Sabit hal kesme hızı testleri, koni geometrisinin sabit dönüşü altında görünür viskoziteyi (η) izledi. GR mukus artımlı stres adımlarına maruz kaldı ve belirgin viskozite (η, Pa.s) değişen kesme hızı (ý, 1/s) için izlendi.
Bu makalede sunulan protokol, GR mukusunu belirli bir lineer viskoelastik tepki aralığına sahip, viskoelastisitesi bilinmeyen karmaşık yapılandırılmış bir malzeme olarak ele almaktadır. Balık mukusu, Missouri Nehri'ndeki Hart creek mevkiinde bir balık avı sırasında gümüş sazan GR'lerinden Profesör L. Patricia Hernandez (Biyolojik Bilimler Bölümü, George Washington Üniversitesi) 1, 2,36tarafından çıkarıldı. Şekil 5A'da Gümüş sazanın ağzının içindeki bir dizi GR gösterilir ve Şekil 5B'deşematik bir çizim sunulmuştur. Ekscised GR Şekil 5C'degösterilmiştir. Gümüş sazan GR'lerden mukus çıkarılması şematik çizimlerde örnek olarak sunulmuştur, Şekil 5D, E. Tüm reometre testleri, 22 ± 0.002 ° C sabit, kontrollü bir sıcaklık altında yapıldı, balıkçılık alanında kaydedilen sıcaklık1,2,36. Her mukus örneği reometre ile üç kez test edildi ve ortalama sonuçlar istatistiksel hata çubuklarıyla birlikte sunuldu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Çeşitli konsantrasyonlardaki mukus çözeltilerinin hazırlanması
NOT: Bu deney için üç konsantrasyon mukus çözeltisi (sırasıyla 400 mg/mL, 200 mg/mL ve yaklaşık hacimli 100 mg/mL, 1 mL, 1 mL ve 2 mL) hazırlanır.
- Mukus kütlesini hesaplamak için, şişelerin ortalama kütlesini (Mile mukus ile ) ölçün; mg) ve mukusssuz (Mşişeleri ; mg). Daha sonra mukus olmadan mukuslu şişelerin kütlesini çıkarın (Mmukus = Mwith-mucus - Mşişeleri ; mg).
- Mukusu deiyonize (DI) su ile üç konsantrasyonda (400, 200, 100, mg/mL) seyreltin.
- Bir mikropipette kullanarak mukusa 0,6 mL DI su ekleyerek mukus çözeltisinin ilk konsantrasyonu olan 400 mg/mL'yi hazırlayın.
NOT: Çıkarılan mukusun yaklaşık hacmi 1,4 mL olduğundan, 400 mg/mL çözelti toplam ~ 2 mL hacme sahip olacaktır. - Mukus çözeltisinin yeterince homojenleştirildiğinden ve herhangi bir mukus partikül aglomerasyonunun hafifletildiklerden emin olmak için 400 mg/mL mukus çözeltisi şişesini bir çalkalayıcıya yerleştirin.
- İlk konsantrasyon mukus çözeltisinin hacminin yarısını bir mikropipette kullanarak yeni bir şişeye çekerek ve yeni şişeye 1 mL DI su ekleyerek mukus çözeltisinin ikinci konsantrasyonu olan 200 mg/mL'yi hazırlayın.
- Mukus çözeltili birinci ve ikinci şişeler için 1.2.2 adımını yineleyin.
- 200 mg/mL çözeltisinin hacminin yarısını (1 mL) bir mikropipette kullanarak yeni bir şişeye çekerek mukus çözeltisinin üçüncü konsantrasyonu olan 100 mg/mL'yi hazırlayın ve yeni şişeye DI suyu ekleyin.
- Kendi şişelerindeki üç mukus çözeltisi konsantrasyonu için 1.2.2 adımını tekrarlayın (bkz. Ek Şekil 1).
- Mukus çözeltisi şişelerini, reometre kalibrasyonu ve testi yapılana kadar buzdolabında saklayın.
- Bir mikropipette kullanarak mukusa 0,6 mL DI su ekleyerek mukus çözeltisinin ilk konsantrasyonu olan 400 mg/mL'yi hazırlayın.
2. Bir reometre kullanarak ölçümler ve veri toplama
NOT: Bu protokolde enstrüman kontrolü ve reometre ile veri toplama için kullanılan yazılımlar Malzeme Tablosunda yer almaktadır. Bu yazılım 'reometre enstrüman kontrol yazılımı' olarak adlandırılacaktır.
- Reometre aletini ayarlayın ve kalibre edin.
- Basınçlı hava beslemesini reometreye açın ve pnömatik tablanın ve reometrenin bir kabarcık göstergesi kullanılarak seviyelendirildiklerine emin olun. Reometre şaftındaki koruyucu kapağı bükün ve sökme yaparken şaftı hareketsiz tutun.
- Reometredeki manyetik rulmanları etkinleştirmek için reometre ana anahtarlarını açın.
- Reometre kontrol bilgisayarını, içinde bulunan reometre cihazı kontrol yazılımı ile açın ve reometre cihazı kontrol yazılımını başlatın (bkz. Ek Şekil 2).
- Sekmeleri seçerek cihaz kalibrasyonu gerçekleştirin, 'Kalibrasyon | Yazılımpenceresinden Enstrüman ' 'Enstrüman' seçeneğini belirleyin. 'Atalet' altında 'Kalibre 'ye tıklayın. Cihaz atalet kalibrasyon değerini μN.m.s2'ye kaydedin ve kalibrasyon değerlerinin birbirinin% 10'unda olduğundan emin olmak için kalibrasyonu en az 3x tekrarlayın (bkz. Tamamlayıcı Şekil 3).
- Reometre geometrisini reometrenin şaftına takın.
- Reometre cihazı kontrol yazılımındaki 'Geometriler' sekmesini tıklatın.
- Koniyi istediğiniz geometriyle (40 mm çapında, 1⭐ 0' 11'' koni) ve Peltier plakasını izopropanol ile temizleyin (bkz. Tablo 1, Malzeme Tablosu, Şekil 1ve Şekil 2).
NOT: Peltier Plakası reometreye monte edilir; doğrudan reometreye sabitlenirken izopropanol ile temizlenebilir. - Peltier plaka fikstürünün görünür toz içermemesini ve gerekirse izopropanol ile temiz olmasını sağlayın. Peltier plakasını reometreye önceden takılmamışsa takın ve ısı emici bağlantılarını bağlayın.
- Koni geometrisine bağlı kilit şaftına reometredeki'Kilit düğmesine'basın. Bu, şaftın konumunu tutuklar, ancak pozisyonda serbestçe dönebilir.
- 'AkıllıTakas |'ne tıklayın Geometrinin otomatik olarak algılanmasını sağlamak için reometre cihazı kontrol yazılımı sekmesinde etkindir (bkz. Ek Şekil 4).
- Geometriyi vidalamak için mili reometrenin üzerine çevirin. Yazılım bu aşamada 40 mm çapında, 1⭐ 0' 11'' koni açısı geometrisini algılayacaktır (bkz. Tablo 1 ve Malzeme Tablosu).
- Geometrinin algılanmasını sağlamak için 2.2.5 – 2.2.6 adımlarını yineleyin.
- Reometre cihazı kontrol yazılımının 'Kontrol Paneli' nin altında 'Boşluk' u seçin, 'Seçenekler' simgesine tıklayın ve 'Eksenel Kuvvet' seçeneğini seçin. Eksenel kuvveti '1 Newton' olarak ayarlayın; bu, koni geometrisinin sıfır boşluk başlatma için Peltier plakasına dokunduğundan emin olmaktır (bkz. Tamamlayıcı Şekil 5).
- Reometre geometri kalibrasyonunu gerçekleştirin.
- Yazılım penceresinden 'Geometri' sekmesini seçin. 'Atalet' altında 'Kalibre 'ye tıklayın. Geometri atalet kalibrasyon değerini μN.m.s2 olarak kaydedin ve kalibrasyon değerlerinin birbirine%10 oranında olduğundan emin olmak için bunu 2-3 kez tekrarlayın.
- Yazılım penceresinde 'Sürtünme' altında 'Kalibre 'ye tıklayın. Geometri sürtünme kalibrasyon değerini μN.m/(rad/s) olarak kaydedin ve kalibrasyon değerlerinin birbirinin %10'u içinde olduğundan emin olmak için bunu 2-3 kez tekrarlayın (bkz. Ek Şekil 6).
- Sıfır boşluk başlatmayı gerçekleştirme
NOT: Geometri, referans "sıfır" konumu olmadan ölçüm yapmak için Peltier Plakasının üzerine doğru bir şekilde yükseltilemediğinden, sıfır boşluk başlatma gerçekleştirilir. Ölçüm amacıyla, geometri 24 μm'lik yerleşik geometri boşluğuna ve 28 μm trim boşluğuna sahiptir. Trim boşluğu, geometrinin yüzey alanının dışına dökülebilecek fazla sıvıyı etkili bir şekilde temizlemek için ayarlanır. Bu boşluklar, numune ve reometre kullanılarak verilerin doğru bir şekilde ölçülmesi için zorunludur. 2.4.1 adımı, geometrinin sırasıyla 24 μm ve 28 μm geometri ve trim boşluklarına ulaşmak için sıfır boşluğa ayarlı olduğundan emin olmak için kesinlikle gereklidir.- Yazılım penceresindeki 'Denetim Masası'ndaki ' Boşluk ' sekmesinin altındaki 'Sıfırboşluk' simgesine tıklayın. Geometrinin yaşadığı eksenel kuvvet, Peltier plakasına dokunduğu için 1 N'den büyük veya buna eşit olduğunda başlatma tamamlanır. Referans konumunun doğru olması için reometre boşluğunun sıfırlanıp sıfırlanıp sıfırlandırılmasından emin olun (bkz. Tamamlayıcı Şekil 7 ve Tamamlayıcı Şekil 8).
- Reometreyi herhangi bir rasgele yüksekliğe yükseltmek için reometre cihazındaki 'Boşluk' sekmesinin altındaki reometre aletindeki ' geometriyükseltme ve al' simgelerindeki ' yukarıve aşağı ok' kontrollerine basın. Reometre cihazındaki kontrol ekranı ve reometre cihazı kontrol yazılımının kontrol paneli (aynı) boşluk yüksekliğini gösterecektir.
- Deneysel prosedürü reometre cihazı kontrol yazılımında ayarlayın. 22 °C'de koni-on-Peltier plaka geometrisi kullanarak reolojik özelliklerin karakterizasyonunu gerçekleştirin.
NOT: ABD Jeolojik Araştırma web sitesi, 20 Eylül 2018'de, GR mukus deneyleri için kullanılan gümüş sazanın Hart Creek mevkiinde36. Mukus sıcaklığı reolojik özellikleri etkileyebilir. Değerleri nehir sıcaklığına ayarlamanın önemi, mukus özelliklerinin gerçekçi bir şekilde tahmin edilebileceği sıcaklıkla yaklaşık olarak eşleşmektir.- Reometre cihazı kontrol yazılımında 'Deneyler' sekmesini seçin ve 'Ad', 'Operatör', 'Proje' vb. (bkz. Ek Şekil 9)
- 'Geometri' sekmesini seçin ve bilgilerin 2.2.5 adımlarına uygun olduğundan emin olun. - 2.2.7. (bkz. Ek Şekil 10).
- 'Yordam' sekmesini seçin ve '1: Salınım Genliği' yordamını ayarlamış ok tuşlarını kullanın. (bkz. Ek Şekil 11).
- 'Çevre Kontrolü' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Sıcaklık = 22 °C'; 'Soak Time = 120 s' ve 'Wait for Temperature' (bkz. Ek Şekil 11)kutusunu işaretleyin.
- 'Test Parametreleri' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Frekans = 1 Hz'; 'Logaritmik süpürme' ayarlayın; 'Tork = 10 ila 10000 μN.m'; 'On yılda puan = 5' (bkz. Ek Şekil 11).
- Bilinen konsantrasyonun mukusunun Doğrusal Viskoelastik Aralığını (LVR) belirlemek için deneyi ayarlayın (100 mg/mL)
- Uygun bir mikropipette ve pipet ucu kullanarak yaklaşık 0,3 mL konsantrasyon mukus çözeltisi 100 mg/mL çekin (bkz. Adım 1.2, Malzeme Tablosu).
- Mukus çözeltisini mikropipette kullanarak Peltier plakasına tanıtın (bkz. Şekil 2).
- Geometriyi Peltier plakasına indirmek için reometredeki'Trim Gap'düğmesine basın. Alternatif olarak, reometre cihazı kontrol yazılımındaki 'Kontrol Paneli' seçeneğindeki ' Boşluk ' sekmesinin altındaki 'BoşluğuKırp' simgesine tıklayın (bkz. Ek Şekil 12).
- Fazla mukus çözeltisini çıkarmak ve geometrinin çevresine herhangi bir dökülmeden sıvının geometrinin altında olduğundan emin olmak için pipet ucu ile mikropipette kullanın.
NOT: Sıvının yanlış yüklenmesi ölçümlerde hatalara yol açacaktır. Dolgulu numune altında tork dağılımını düşürür ve aşırı dolu numune kenarlar boyunca dökülmesi nedeniyle hatalı stres dağılımlarına yol açacaktır. - Geometrinin altındaki numunede minimumataletve hız olana kadar 'Motor' ve ' Hız ' sekmelerini dönüşümlü olarak 5 rad/s ve 0 rad/s'ye seçin. Reometre cihazındaki kontrol ekranı ve reometre cihazı kontrol yazılımının kontrol paneli hızı gösterecektir (bkz. Ek Şekil 13).
- Geometriyi belirli geometri başına önceden ayarlanmış uygunboşluğadüşürmek için reometredeki 'Geometri Boşluğu ' düğmesine basın. Alternatif olarak, reometre cihazı kontrol yazılımındaki 'Kontrol Paneli' seçeneğindeki ' Boşluk ' sekmesinin altındaki 'GeometriBoşluğu' simgesine tıklayın (bkz. Ek Şekil 14).
- Bilinen konsantrasyonun mukusunun Doğrusal Viskoelastik Aralığını (LVR) belirlemek için deneyi çalıştırın (100 mg/mL).
- Reometre cihazı kontrol yazılımındaki 'Başlat' simgesini tıklatın (bkz. Ek Şekil 15).
NOT: Reometre otomatik ölçümler gerçekleştirir; 'Başlat' düğmesine basıldığında, reometrenin testi tamamlaması yaklaşık 20 dakika sürer. Adım 2.5.5'teki 'On yılda bir puan' ayarı, reometrenin ölçümleri tamamlamak için ne kadar zamana ihtiyaç duyacağını belirler. - Görünen açılır kutuda 'Evet' i tıklatarak denemeyi çalıştırın ve geometri boşluğunun denemeyi başlatmak için doğru mesafeye indirilmesini önerir, zaten indirilmemişse.
- Depolama (G') ve kayıp (G'') modülünü bildiren reometre tarafından oluşturulan gerçek zamanlı çizimi gözlemleyin.
NOT: G' ve G" sırasıyla depolama ve kayıp modülüne göredir. Depolama modülü, malzemenin stres kaynaklı deformasyondan sonra orijinal şeklini geri kazanma eğilimini temsil eder ve elastikiyete eşdeğerdir. Kayıp modülü, malzemenin akış eğilimine ne ölçüde direndiğini ve akışkan viskozitesini temsil eder (bkz. Şekil 4). - Çizimin X eksenini 'Salınım gerinim yüzdesi' olarakayarlayın. Bunu yapmak için, sunulan grafiğe sağ tıklayın ve 'Grafik Değişkenleri' sekmesini seçin (bkz. Ek Şekil 16).
- Test tamamlandıktan sonra, malzeme Doğrusal Olmayan Viskoelastik aralığa girmeden önce, salınım gerinim yüzde aralığını çizimden kaydedin.
- Peltier plakasının üzerindeki herhangi bir rasgele yüksekliğe yükseltmek için reometre cihazındaki 'Boşluk' sekmesinin altındaki reometre aletindeki ' yukarıve aşağı ok' kontrollerine veya ' geometri yükseltme veal' simgelerine basın.
- Mukus örneğinin doğrusal viskoelastik bölgesini (LVR) belirlemek için hem deneysel prosedürü hem de rheometre cihazı kontrol yazılımının yerel dosya biçimini içeren dosyayı kaydedin.
NOT: Bu,
veri doğrusal olmayan viskoelastik bölgeye (NLVR) girmeden önce çizimin X eksenini genlik (%) ve/veya salınım gerilimini zorlamak için ayarlayarak yapılabilir (bkz. Ek Şekil 16).
- Reometre cihazı kontrol yazılımındaki 'Başlat' simgesini tıklatın (bkz. Ek Şekil 15).
- Bilinen konsantrasyon 100, mg/mL'nin mukusu için Lineer Viskoelastik Aralık'ta (LVR) dinamik süpürme ve sabit durum kesme hızı akış testi deneylerini çalıştırın ve 100 mg/mL'lik üç bağımsız mukus örneğinden sonuç elde edin. Mevcut mukus konsantrasyon örneklerinde bu adımları ayrı ayrı gerçekleştirin.
- 2.5.1 – 2.5.4 adımlarını yineleyin.
- 'Test Parametreleri' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Frekans = 1 Hz'; 'Logaritmik süpürme' ayarlayın; 'Suş % = 100 ila 10000 % ; 'On yılda puan = 10'.
- 'Yordam' sekmesini seçin ve '2: Salınım Sıklığı' yordamını ayarlamış ok tuşlarını kullanın.
- 'Çevre Kontrolü' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Sıcaklık = 22 °C'; 'Soak Time = 0.0 s'.
- 'Test Parametreleri' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Gerinim % = 1 %'; 'Logaritmik süpürme' ayarlayın; 'Frekans = 20 ila 1 Hz'; 'On yılda puan = 10'.
- 'Yordam' sekmesini seçin ve '3: Akış Süpürme' yordamını ayarlayın ok tuşlarını kullanın.
- 'Çevre Kontrolü' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Sıcaklık = 22 °C'; 'Soak Time = 0.0 s'.
- 'Test Parametreleri' ayarlarını aşağıdaki gibi başlatın: 'Kesme hızı = 1 ila 10000 1/s'; 'On yılda puan = 10'; onay kutusunu işaretleyin.
- 2.7.1 – 2.7.2 adımlarını yineleyin ve deneme tamamlanana kadar yaklaşık 45 dakika bekleyin.
- Geometriyi herhangi bir rasgele yüksekliğe yükseltmek için reometre cihazındaki 'Boşluk' sekmesinin altındaki reometre aletindeki'yukarı ve aşağı ok' kontrollerine veya 'geometri yükseltme ve alçaltma' simgelerine basın.
- Peltier plakasındaki mukusu izopropanol çözeltisi ile çıkarmak ve temizlemek için tek kullanımlık mendil ve eldiven kullanın (bkz. Malzeme Tablosu).
- Hem deneysel prosedürü hem de rheometre enstrüman kontrol yazılımının yerel dosya formatını içeren dosyayı kaydedin.
3. 200 mg/mL ve 400 mg/mL'lik diğer mukus çözelti konsantrasyonları için protokolü tekrarlayın.
- Kalan iki mukus çözeltisi konsantrasyonu, 200 mg/mL ve 400 mg/mL için listelenen tüm alt adımlar dahil olmak üzere 2,5 – 2,8 adımlarını gerçekleştirin.
4. Grafiksel gösterim ve veri analizi
NOT: Ek kod dosyasında sağlanan kod, veri ortalaması gerçekleştirir ve tekrarlanabilirlik hataları oluşturur, tüm denemelerdeki verileri kaplar. Standart sapma hesaplama özellikleri reometre cihazı kontrol yazılımında mevcut değildir. Kod, veri analizi, işlem sonrası ve grafiksel gösterim için bir programlama dilinde yazılmıştır (ayrıntılar için Malzeme Tablosu'na bakın).
- 100 mg/mL GR mukus konsantrasyonu ile ilgili 2.8 ve 200mg/mL ve 400 mg/mL GR muku |s konsantrasyonlarıyla ilgili 3.1. | Dışa Aktar Reometreenstrüman kontrol yazılımında Excel ' (bkz. Ek Şekil 17).
- Değişen kesme gerinim hızları (
) ve kayıp modülleri (G"), depolama modülü (G') ve farklı salınım stresi ( ) için faz açısı (δ) için görünür viskozite (η) çizimleri oluşturmak ve temsili sonuçlar oluşturmak için ek kodlar çalıştırın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu bölümde, koni geometrisi (40 mm çapında, 1° 0' 11'' ) ve Peltier plakası ile rotasyonel bir reometre kullanarak GR mukus üzerinde yapılan deneylerin sonuçlarını sunuyoruz. Deneyler, GR mukusunun Newton olmayan, kesme inceltici davranışını ve mukusun jel benzeri bir malzemeden sıvı benzeri bir malzemeye geçişini gösteren belirgin verim stresini karakterize etmeye yardımcı oldu. Temsili sonuçlar, düşük tork sınırlarının nicel açıklamalarını ve rotasyonel reometre enstrümantasyonunun ikincil akış etkilerini gerektirir. Enstrümantasyon sınırları ve sabit durum ve dinamik gerinim oranı ölçümleri, GR mukusunun viskoelastik davranış eğilimlerini ve belirgin verim stresini doğru bir şekilde tespit etmenize yardımcı oldu. Belirgin verim stresi ölçümleri, GR mukusunun geri dönüşü olmayan plastik deformasyonu için gereken minimum stresi gözlemlemek ve akışı başlatmak için bir araç sağladı. GR mukusunun akış başlatma eğilimi, gıda partikül yapıştırma ve taşıma fonksiyonlarına bağlanabilir. GR mukusların yapışıklık ve taşıma fonksiyonları, protokol deneylerinde reolojik ölçümlerle bilgilendirilen makroskopik malzeme özellikleriydi. Bu nedenle gr mukus makro-reoloji karakterizasyonu bu protokol ile gerçek gerçekleştirildi.
Deneyde kullanılan mukus, üç gümüş sazan kadar birkaç solungaç rakerinden elde edildi ve görünür kan izlerine sahip değildi1,2. Alınan örnek, protokolde açıklandığı gibi iki ek numuneye seyreltildi. Tüm ölçümler 22 ± 0.002 °C 36 kontrollü sıcaklıktayapılmıştır. Bu sıcaklık, reometrenin Peltier plakasında korundu. Koni geometrisi, GR mukus gibi biyolojik malzemelerde çok çeşitli viskoziteleri ölçmedeki çok yönlülüğü için seçilmiştir. Sabit durum kesme koşullarında minimum tork (10 x 10-9 Nm),osilatör koşullarında minimum tork (2 x10 -9 Nm) koni açısı (1° 0' 11") ve düşük tork ve ikincil akış rejimlerinin değerlendirilmesi için gerekli olan reometre spesifikasyonlarının özeti Tablo 1'desunulmuştur. Newtonlu olmayan ve kesme inceltme davranışının karakterizasyonu ve karşılaştırılması için son üç örneğin kopyalarını rapor ediyoruz.
Protokolün başarılı bir şekilde yürütülmesinden sonra geniş çıkarımlar
Protokolün ve analizin başarılı bir şekilde yürütülmesi, Gümüş sazan hipoftalmichthys molitrix'in solungaç tırmıklarından çıkarılan Mukusun Newton olmayan, kesme inceltme davranışını gerektiren (makro) reolojik özelliklerin karakterizasyonu ile sonuçlandı. Özellikle, verim olgusu çözüldü ve mukusun belirgin bir verim stresi (400 mg / mL konsantrasyonu, gerçek çıkarılan mukus kıvamına en yakın) tespit edildi (σy = 0.2736 Pa). Protokol, çok küçük numune hacmi (yaklaşık 1,4 mL) mukus içeren ölçümler için çok uygundu. GR mukus karakterizasyonu ile ilgili literatürün azlığı nedeniyle, bu veriler analitik modelleme ve genişletilmiş romametrik çalışmalarda yardımcı olacaktır.
Dinamik süpürme deneylerinin sonuçları
Dinamik frekans ve genlik süpürme deneylerinin sonuçları bu bölümde sunulmuştur. Bunlar, 2.8.2 - 2.8.5 adımlarında oluşturulan yordamların sonuçlarıdır. GR mukusunun 400 mg/mL konsantrasyona sahip salınımlı frekans süpürme ve genlik süpürme için düşük tork limitleri Şekil 6A, Bolarak işaretlenmiştir.
Frekans süpürme verileri (Şekil 6A) açısal frekans aralığı için elde edilmiştir, 6.28 ≤ ω ≤ 125.66 rad s-1 sabit salınımlı gerinim genliğinde 0.01. Açısal frekans değeri olan 6,28 rad/s (1 Hz), solungaç rakerlerinin ara köşelerinde damak kıvrımlarının yaklaşık hareket sıklığı olarak seçilmiş ve Şekil 6Aolarak işaretlenmiştir. Gerinim genliği değerinin seçimi, protokol adım 2.7'de tespit edilen doğrusal viskoelastik bölgeden türetilmiştir. Şekil 6A'da,düşük tork rejiminin iki potansiyel alt sınırı, sırasıyla 0,01 ve 0,001 (γ0)gerinim genlikleri ve 2x10-9 Nm ve 10 x 10-9 Nm (Tmin, Bkz. Tablo 1.) minimum torklar kullanılarak hesaplanmıştır. Şekil 6A'da sunulan veriler, damak kat hareketinin yaklaşık frekansından (1 Hz veya 6,28 rad/s) başlar ve bu çalışmada fiziksel yorumlama kapsamının ötesinde daha yüksek açısal frekanslara yükselir. Bu nedenle, bu veriler daha fazla analiz edildi, çünkü gerinim genliği ve palatal katlama hareket frekansının daha ayrıntılı bir parametrik incelemesini gerektiriyordu.
Genlik süpürme verileri (Şekil 6B) 6.28 rad/sn (1 Hz) sabit açısal frekansta (ω) elde edilmiştir. Genlik süpürme verilerinin enstrümantasyonun düşük tork rejiminden etkilenmediği belirtilmelidir (Şekil 6B). Bu nedenle, bu veriler viskoelastisitenin ve verim davranışının kapsamını belirlemek için üç mukus konsantrasyonu (100 mg/mL, 200 mg/mL ve 400 mg/mL) için daha ayrıntılı olarak analiz edilmiştir.
Şekil 4'te gösterilen grafiksel gösterim, genlik süpürme deneylerinin genişletilmiş analizi için bir kılavuz olarak kullanılmıştır. 100 mg/mL, 200 mg/mL ve 400 mg/mL konsantrasyonlarına sahip üç mukus çözeltisinin sonuçları aşağıda tartışılmıştır.
100 mg/mL mukus konsantrasyonu sonucu (Şekil 7A), düşük salınım streslerinde (0,01 ≤ 
≤ 0,1 Pa) depolama ve kayıp modülünün (G' ve G") önemli ölçüde çakıştığını göstermektedir. Salınım gerilmelerinde 0,1 Pa'dan büyük, depolama modülü azalır ve bu da daha düşük esneklik gösterir. Viskoziteyi temsil eden kayıp modülü, salınım stresinin tam aralığında sabit kalır (0,01 ≤ ≤ 0,5 Pa). Bu fenomen Newton sıvı benzeri bir davranışa atfedilebilir ve 100 mg/ mL mukus konsantrasyonunun sürekli belirgin viskozitesi ile aynıdır (Şekil 7A ve Şekil 8A,B). İlgili faz açısı (δ) verileri, orta ve yüksek salınım gerilimlerinde (0,05 ≤ ≤ 0,3 Pa),değerlerin 55° ile 70° arasında değiştiğini göstermektedir (Şekil 7D). Bu nedenle, 100 mg/mL mukus çözeltisinin ihmal edilebilir belirgin verim stresi ile sıvı benzeri davranışlar gösterdiği sonucuna varılabilir.
Şekil 7B'degözlendiği gibi, düşük salınım gerilimlerinde 200 mg/mL konsantrasyon (0,02 ≤ ≤ 0,04 Pa),depolama modülü (G') azalır, ancak yine de kayıp modülünden (G") daha büyük kalır. Salınım stres aralığında (0,04 ≤ ≤ 0,07 Pa),G' ve G" değerlerinin yaklaşık olarak eşit kaldığı bir "geçit" bölgesi vardı. Bu bölge Şekil 7B'de kesik çizgilerle işaretlenmiştir ve karşılık gelen salınım stres değerleri not edilmiştir (0,04193 ≤ ≤ 0,06467 Pa). Bu bölgenin ötesinde, G", G'den daha yüksek bir değer elde etti ve akışkan benzeri bir davranışa geçiş önerdi. Bununla birlikte, G" (viskoziteyi temsil eden) salınım stresinin tam aralığında sabit kaldı (0,01 ≤ ≤ 0,5 Pa). Şekil 7E'de sunulan faz açısı verileri, özellikle salınım stres aralığında (0,04193 ≤ ≤ 0,06467 Pa)daha yüksek bir varyans derecesi göstermektedir. Şekil 7B,E'den sıvının doğrusal viskoelastikten doğrusal olmayan viskoelastik bölgeye geçiş davranışı olduğu sonucuna varılabilir. Ayrıca, 200 mg/mL mukus konsantrasyonu, salınım stres aralığında Newton olmayan özellikleri ve verim eğilimini temsil etti (0.04193 ≤ ≤ 0.06467 Pa). Newton olmayan, kesme inceltici sıvı benzeri davranış, Şekil 8A'da sunulan görünür viskozite verileri ve Şekil 8B'dekiilgili stres varyasyonları ile aynı fikirdedir.
400 mg/mL mukus konsantrasyon verileri Şekil 7C,F'de sunulmuştur. Şekil 7C'deki G' ve G" eğilimleri, G" ve G' arasında bir geçiş noktası olan verimli bir fenomeni açıkça göstermektedir. Belirgin verim stresi (σy)değeri 0.2736 Pa olarak kaydedildi ve mukus durumunda jel benzerinden Newton sıvı benzeri olmayan bir duruma net bir değişiklik olduğunu gösterdi. Şekil 7F'de sunulan faz açısı verileri, belirgin verim stresinde (σ y =0,2736 Pa)yaklaşık 20° ila 65° arasında keskin bir artış olduğunu göstermektedir. Faz açısında böyle keskin bir artış, malzeme verim aldığında ve bir sıvı gibi akmaya başladığında ortaya çıkabilir. Newton sıvı benzeri olmayan davranış, Şekil 8A,8B'de bildirilen sabit durum kesme testlerinin sonuçlarıyla daha da desteklenebilir. Sabit durum kesme testlerinde bildirilen belirgin verim stresi 0.2272 Pa(Şekil 8B)idi.
Sabit durum kesme hızı deneylerinin sonuçları
Sabit durum kesme hızı deneylerinin sonuçları, kılavuz olarak grafiksel gösterimler kullanılarak bu bölümde 100 mg/mL, 200 mg/mL ve 400 mg/mL konsantrasyonlarına sahip üç mukus çözeltisi için sunulmuştur (Şekil 3A,B). Bu sonuçlar, protokol adımları 2.8.6-2.8.8'de başlatılan yordama karşılık gelir.
Şekil 8A'da 100 mg/mL mukus konsantrasyonu için, düşük kesme oranlarında (1 ≤ ≤ 4 s -1) yüksek varyansa sahip belirgin viskozite verileri 
eğimle birlikte gösterilmiştir, -1.4. Düşük tork rejiminin konumu da işaretlenmiştir. Bu aralıktaki 100 mg/mL verinin yüksek farkının (1 ≤ ≤ 4 s-1),(gölgeli) düşük tork rejiminin bir etkisi olduğu varsayılıyor. Şekil 8B'de, kesme hızı verileriyle ilgili stres varyasyonu, örneğin bir 'stres platosunda' (veya düz bölgeye) ulaştıkları küçük bir kesme hızı aralığına işaret etti. İlgili viskozite verileri düşük tork etkilerine maruz kaldığı için bu bölge verim stresi tahmini için ihmal edilir. Yüksek kesme hızı aralığında (2500 ≤ ≤ 10000 s -1)görünür viskozite verileri ikincil akış rejiminden etkilenmiştir. Bu nedenle, 100 mg/mL mukus çözeltisi, düşük tork ve ikincil akış rejimleri dışındaki kesme hızından bağımsız ve 0.00088 Pa s (±1.656 x10-5 Pa s) sabit görünür viskoziteye sahip bir Newton sıvısı olarak davranır.
Şekil 8A'dagözlemlendiği gibi, mukus 200 mg / mL konsantrasyonu düşük tork sınırlarından etkilenmedi ve kesme hızı aralığında kesme-inceltme etkisi gösterdi, 1 ≤ ≤ 15 s-1. Sıfır kesme gerinim hızı viskozitesi (ηo)0,032 Pa s (±0,024 Pa)ve sonsuz kesme gerinim hızı viskozitesi (η) olarak kaydedildi.∞) kesme hızında ( ), 1995 s-1, 0,00085 Pa s (±2,495 x 10-5Pa s) olarak kaydedildi. Sıvının kesme inceltme etkisi, kesme hızı aralığında -1,8 eğim, 1 ≤ ≤ 4 s -1ile gösterilmiştir. Şekil 8B'deki ilgili stres varyasyonu, ortalama 0,1446Pa (±0,0037 Pa) verim stresi ile verim veren bir fenomeni temsil eden bir 'stres platosu' göstermektedir.
Mukus 400 mg/mL konsantrasyonu en az seyreltilmiş ve sonuç olarak, gerçek çıkarılan GR mukusa malzeme kıvamında en yakın konsantrasyondur. Şekil 8A'da, kesme inceltme özelliğinin 200 mg/mL mukus konsantrasyonuna kıyasla 400 mg/mL mukus konsantrasyonu için iyi tanımlandığını unutmayın. Kesme hızında sıfır kesme (ηo)ve sonsuz kesme gerinim hızı viskoziteleri(η ∞)( ), 1995 s-1, 0.1 Sırasıyla 37 Pa s (±0.032 Pa s) ve 0.00099 Pa s (±9.323 x 10-5Pa s). Ayrıca kesme inceltme bölgesinin eğimi kesme hızı aralığında -0,91, 1 ≤ ≤ 32 s-1olarak kurulmuştur. Şekil 8B'degözlenen kesme hızı ile stres değişimlerinden ilgili 'stres platosu', 0,2272 Pa (±0,0948 Pa) belirgin bir verim stresini temsil eder.
| Parça | Model/Parça No/Sürüm | Parametre Açıklaması | Özellikler |
| Reometre | DHR-2 | Frekans Aralığı | 1 x 10−7 - 100 Hz |
| Maksimum Açısal Hız | 300 rad/sn | ||
| Sabit kesme altında Minimum Tork | 10 nN.m | ||
| Salınım Altında Minimum Tork | 2 nN.m | ||
| Maksimum Tork | 200 μN *m | ||
| Tork Çözünürlüğü | 0.1 nN.m | ||
| Kesme Hızı Aralığı | 5,73 x 10−6 ila 1,72 x 104 [1/sn] | ||
| Maksimum Normal Kuvvet | 50 N | ||
| Normal Kuvvet Çözünürlüğü | 0,5 mN | ||
| Geometri | 513404.905 | Boyutlar | 40 mm çapında |
| 1° 0' 11" Koni açısı | |||
| Peltier Plaka | 533210.901 | Sıcaklık Aralığı | -40°C ila 200°C ± 0,1°C |
Tablo 1: Reometre Özellikleri
Şekil 1: Reometre bileşenlerinin CAD işlemesi. (A) 40 mm 1° koni geometrisi, (B) Peltier Plaka ataşmanı. Koni geometrisi reometrenin şaftına, Peltier Plakası ise dönme reometresinin tabanına bağlanmalıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Sıvının Peltier plakasına yerleştirilmesi. Geometri alçaldığında sıvının plaka boyunca eşit bir şekilde yayılmasını sağlamak için sıvı numunesi Peltier plakasının ortasına yerleştirilmelidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Sabit reolojik özelliklerin grafiksel gösterimi. Kesme Gerinim hızı ile (A) Görünür Viskozite (η) ve (B) Kesme stresinin ( ) varyasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Dinamik reolojik özelliklerin grafiksel gösterimi. Salınım Stresi ile Depolama (G') ve Kayıp (G") Modulii ve Faz Açısı (δ) Varyasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Solungaç rakers (GR) temsili görüntüler ve şematik çizimler. (A) Solungaç raker dizisinin ve palatal kıvrımların görünümü (B) Solungaç raker dizisinin şematik çizimi ve palatal kıvrımlar (C) Ekscised solungaç raker (D) Solungaç rakerinin belirgin özelliklere sahip şematik çizimi (E) Solungaç rakerinde mukus ekstraksiyonunun yeri. 5A ve 5C görüntüleri, George Washington Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden Profesör L. Patricia Hernandez tarafından gerçekleştirilen bir diseksiyon sırasında çekildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Düşük tork etkileri. 400 mg/mL için depolama ve kayıp modülü varyasyonu,(A)Frekansı gerinim genliğinde süpürülür = 0,01 ve (B) Salınım frekansı = 1 Hz (veya 6,28 rad/s) genlik süpürür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Genlik üç konsantrasyon gümüş sazalı mukus için süpürür. Testler f = 1 Hz veya ω = 6.28 rad/s (A) Mukus konsantrasyonu için Depolama ve Kayıp modülü varyasyonu, mukus konsantrasyonu için 100 mg/mL (B) Depolama ve Kayıp modülü varyasyonu, GR mukus konsantrasyonu için 200 mg/mL (C) Depolama ve Kayıp modülü varyasyonu, GR mukus konsantrasyonu için 400 mg/mL(D) Faz açısı varyasyonu, Mukus konsantrasyonu için 100 mg/mL (E) Faz açısı varyasyonu, mukus konsantrasyonu için 200 mg/mL(F) Faz açısı varyasyonu, 400 mg/mL. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Üç balık mukusu konsantrasyonu için de görünür viskozite (η) ve kesme hızı ( ) ile stres (σ) varyasyonu. (A) Mukus konsantrasyonları için kesme hızı ile belirgin viskozite varyasyonu, düşük tork etkileri rejimleri ve ikincil akış etkileri ile birlikte 400 mg / mL, 200 mg / mL ve 100 mg / mL (B) GR mukus konsantrasyonları için kesme hızı ile stres varyasyonu, 400 mg/mL, 200 mg/mL ve 100 mg/mL, 'stres platolarını' (veya düz bölgeyi) kesik çizgilerle işaretler. Kesikli çizgiler, üç GR mukus konsantrasyonu için ortalama belirgin verim stres değerlerini temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 1: Üç konsantrasyonda gümüş sazan GR mukus. Soldan sağa: 400 mg/mL, 200 mg/mL, 100 mg/mL. 400 mg/mL'lik ilk konsantrasyon, numuneyi seyrelttikten sonra makul miktarda balık mukusu içerirken aynı zamanda birkaç test yapmak için yeterince büyük bir hacim sağlayacak kriterlerle seçilmiştir. Sonraki iki konsantrasyon hacim olarak% 50 DI su ile seyreltildi. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 2: Reometre enstrüman kontrol yazılımının piyasaya sürülmesi. Bu yazılım yalnızca makine açıldıktan sonra başlatılmalıdır. Aksi takdirde, cihaz doğru şekilde kalibre edilmeyebilir. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 3: Aletin kalibrasyonu. Atalet kalibrasyonu, cihaz için gerekli olan tek kalibrasyondur. Geometri kurulduktan sonra gerçekleştirilen başka kalibrasyonlar da vardır. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 4: Akıllı takas geçiş. Bu seçenek akıllı takası etkinleştirmek veya devre dışı bırakma içindir. Akıllı takas, bir geometriyi reometre şaftına monte edildikten sonra otomatik olarak algılayan bir reometre enstrüman kontrol yazılımı özelliğidir. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 5: Ölçüm Boşluğu Seçenekleri Sıfır boşluk modu ve ölçüm kafasının geçiş hızı koşullarını ayarlamak için "Boşluk"sekmesi seçeneklerine erişildi. Geometri ve Peltier plakası arasındaki eksenel temas kuvveti, sıfır boşluk referansını, yani koni geometrisi ile Peltier plakasının yüzeyi arasındaki teması sağlamak için 1 N olarak ayarlandı. Ölçüm başlığı daha sonra 40 mm 1° koni geometrisi ile Peltier plakası arasındaki 24 μm'lik ölçüm boşluğuna doğru bir şekilde geçmek için yapılmıştır. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 6: Geometri ataşmanının kalibrasyonu. 40 mm 1° koni geometrisinin kurulması ve reometre gösterge kontrol yazılımı tarafından algılanması üzerine, geometri bir deney sırasında doğru ölçümler sağlamak için cihaz kalibrasyonu ile aynı şekilde kalibre edildi. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 7: Sıfır Boşluk simgesi. Sıfır boşluk başlatma bu simge kullanılarak gerçekleştirilir. Sıfır boşluk başlatma tamamlandıktan sonra, reometre, yükseltilir veya alçaltılırken geometri takılı olarak şaftın konumuna doğru bir şekilde referans verebilir. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 8: Sıfır boşluk referansı kurulduktan sonra koni geometrisinin ve Peltier plakasının CAD işlemesi. Geometri, Peltier plakasıyla temas ederken 1 N'lik eksenel bir temas kuvveti oluşturulduğunda sıfır boşluğu oluşturmak için ayarlanır.
Ek Şekil 9: Protokolün 2.5.1. Şekil, örnek adlandırma ve dosya ve veri çıktısının ayarlandırılıyor biçimini temsil eder. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 10: Protokolün 2.5.2. Şekil, örnek hacim, geometri boşluğu ve kırpma boşluğu gibi geometri ayarlarının nasıl ayarlanabileceğini gösterir. Bazı geometriler için, yani bu denemede kullanılan koni için, bu ayarlar değiştirilemez ve geometriye göre tanımlanır. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 11: Protokolün 2.5.3. Şekil, bu yordam adımında test ayarının ve koşullandırmanın nasıl ayarlandırılacağını temsil eder. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 12: Kırpma boşluğu simgesi. Trim boşluğu, geometrinin Peltier plakası ile koni geometrisi arasındaki alandan sızan fazla sıvıyı kesecek kadar indirilebilmesi için ayarlandı. Boşluk, kullanılan geometriye bağlıdır. Protokolde kullanılan 40mm, 1° koni geometrisi için trim boşluğu 28 μm idi.
Tamamlayıcı Şekil 13: Motor hızı simgesi. Motor ayarları, şaftın dönme hızını ayarlamak ve geometri ataletini en aza indirmek için kullanılmıştır. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 14: Geometri boşluğu simgesi. Geometri boşluğu, koni plakası geometrisinde belirtildiği gibi geometriyi Peltier Plakası'nın üzerinde belirli bir mesafeye indirir. Protokolde kullanılan 40 mm, 1° koni geometrisi için geometri boşluğu 24 μm'dir. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 15: Başlat simgesi. Başlat düğmesi, daha önce ayarlanmış tüm yordam dizisini başlatır. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Şekil 16: Grafik Değişkenlerinin Değiştirilmesi. Şekil, yordamları çalıştırırken veri sunumu için tanımlanabilecek değişkenleri temsil eder. Özellikle protokoldeki dinamik süpürme deneyleri sırasında salınım suşu ve salınım stresi önem taşımaktadır. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Şekil 17: Reometre cihazı kontrol yazılımı dosyalarının bir elektronik tablo yazılımına dışa aktarımı. Dosyalar elektronik tablo olarak verildikten sonra, veri analizi diğer programlama yazılımları kullanılarak uygulanabilir hale getirildi. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Ek Kod Dosyası: Veri analiz programı kullanılarak veri dosyalarının işlenmesi sonrası. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokolü geliştirmenin temel amaçlarından biri, çok küçük örnek hacimler mevcut olduğunda GR mukusun reolojik karakterizasyonu için uygun olduğunu belirlemektir. GR mukusun reolojik özelliklerini tam olarak karakterize etmek için gümüş sazan okulundan daha fazla örneğe ihtiyaç duyulduğunu ve burada sunulan verilerin tüm gümüş sazan popülasyonu genelinde bir genelleme olmadığını kabul ediyoruz. Tekniğimiz, küçük numune hacimlerinin reolojik karakterizasyonu ve daha büyük mukus örnekleri topluluklarını içeren genişletilmiş araştırmalarla etkinliği nedeniyle haklıdır.
Protokoldeki kritik adımlar, rotasyonel bir reometre kullanılarak çeşitli konsantrasyonlarda, ölçümlerde ve veri toplamada mukus çözeltilerinin hazırlanması ve fiziksel içgörüler için grafiksel gösterim ve veri analizidir.
GR mukus verilerine ilişkin fiziksel içgörüler Şekil 3 ve Şekil 4'te gösterilen ve beklenen malzeme davranışının öznitelikleriyle açıklamalı grafik gösterimlerden elde edilir. Malzeme moleküllerinin hareketliliğinin hakim olduğu düşük kesme gerinim oranlarında sıfır kesme gerinim hızı viskozitesi (ηo)değerleri gözlenebilir(Şekil 3A ve Şekil 8A). Newton olmayan sıvılardaki sonsuz kesme gerinim viskozitesi(η ∞)değerleri, sıfır kesme gerinim hızı viskozitesinden daha düşük büyüklüklerde siparişlerdir. Bu veriler, intermoleküler etkileşimlere çok az bağımlılığın olduğu veya hiç bağımlı olmadığı yüksek kesme oranlarında fark edilebilir (Şekil 3A ve Şekil 8A). Newton dışı sıvılar için, kesme oranları arttıkça ve sabit bir düşük değer elde ettikçe görünür viskoziteler giderek azalır(Şekil 3A ve Şekil 8A). Sabit durum ölçümleri altında GR mukusunda verim davranışı, Şekil 3A'da gösterildiği gibi eğimle temsil edilebilir ve denklem 1.'de sunulabilir, buradaη görünür viskoziteyi temsil eder, σy (sabit) verim stresidir ve kesme gerinim oranıdır.
Şekil 3A ve Şekil 8B bir günlük kütüğü ölçeğinde sunulur ve bu nedenle Denklem 1 aşağıdaki forma sahip:
burada k – görünür verim stresini temsil eder. Bir günlük kütüğü ölçeğinde, görünen viskozite '-1' eğimi ile azalır, Şekil 3A10'dagösterildiği gibi malzeme verimini gösterir. 200 mg/mL ve 400 mg/mL mukus konsantrasyonları sırasıyla -1.8 ve -0.91 eğimlerine sahip ve verim davranışını göstermektedir (Şekil 8A). Dinamik salınım ölçümleri altında viskoelastik özellikler Lineer Viskoelastik Bölgede (LVR) gerinim genliğinden bağımsızdır (Şekil 4). Dinamik salınım ölçümleri altında GR mukusunda verim davranışı, viskoelastik malzeme (GR mukus) doğrusal olmayan viskoelastik bölgeye (NLVR) girerken depolama modülü (G') azaldıkça gözlenebilir (Şekil 4). NLVR rejiminde viskoelastik malzeme, depolama modülü kayıp modülünden (G' > G") büyükse katı jel benzeri davranış gösterecektir. Kayıp modülü depolama modüllerini (G' < G) aştığında, G' ve G" verileri arasında bir "çapraz geçiş" meydana gelir. Şekil 7B,C'degösterildiği gibi, 200 mg/mL ve 400 mg/mL GR mukus konsantrasyonları G' ve G arasındaki "çapraz geçiş" verileri ile işaretlenmiş sıvı benzeri davranışlar göstermiştir. Sabit durum ölçümleri altında belirgin verim stresi, bir çekim noktasına ulaşılana kadar stresin ortalama değeri olarak temsil edilir (Şekil 3B). Bundan sonra, şekil 3B ve Şekil 8B'degösterildiği gibi kesme gerinim hızında bir artışla stres keskin bir şekilde artmaya başlar. GR mukus verileri (200 mg/mL ve 400 mg/mL konsantrasyonları) malzeme verim vermeye başlayana kadar kesme inceltici sıvı davranışı göstermiştir(Şekil 8A,B). Belirgin verim stresi, Newton olmayan özellikleri nedeniyle 200 mg/mL ve 400 mg/mL mukus konsantrasyonlarında açıkça gözlenmiştir(Şekil 8B). Dinamik salınım ölçümleri altında belirgin verim stresi Şekil 4 ve Şekil 7B,C'de G' ve G arasındaki "crossover" bölgesi olarak gösterilir ve bunu G' değerlerini aşan G" değerleri izler. 400 mg/mL GR mukus verilerinde kesme inceltme, Newton dışı davranışlar görüldü. Malzeme veriminin başlangıç noktası yaklaşık 0.2736 Pa(Şekil 7C)belirgin bir verim stresi ile gözlenmiştir. Faz açısı (δ = tan-1 (G"/G')) değişiklikleri ile hidrojel-sıvı benzeri geçiş Şekil 4 ve 7D-F'de sunulmuştur. Faz açısındaki ekstrem, Şekil 4'tegösterildiği gibi 0° 'de bir Hookean katısı ve 90° 'de viskoz sıvı ile ilişkilidir. 45° civarındaki faz açısı değerleri, malzemenin jel benzeri davranışının sıvı benzeri bir davranışa geçişine bağlanmaktadır. 400 mg/mL mukus konsantrasyonu, ~ 0.2736 Pa(Şekil 7F)belirgin bir verim stresi ile verim verme işlemi boyunca hidrojelden sıvı benzeri davranışa kadar malzeme özelliğinde bir değişiklik olduğunu açıkça göstermiştir.
Ölçüm sınırlamalarını anlamak ve fiziksel yorumlamaya uygun olmayan verilerden kaçınmak, özellikle küçük numune hacimlerini içeren çalışmalarda karmaşık ve yumuşak biyolojik sıvılarla bir zorluktur11. Düşük tork ve ikincil akış etkileri altında üretilen veriler fiziksel yorumlama için uygun değildir ve reometrede kullanılan geometriye bağlıdır (bu çalışmada koni ve plaka gibi). Bu rejimler, momentum difüzyonu nedeniyle cihaz çözünürlüğü ve ölçüm yapıtlarından muzdarip deneysel verilerin yanlış tanıtılmasını önlemek için tanımlanmıştır. Düşük tork limitleri (Şekil 6A ve Şekil 8A) geometri fonksiyonları ve enstrüman tarafından üretilen minimum tork fonksiyonlarıdır (Tablo 1). Sabit kesme ölçüm koşulları altında, minimum torklu (Tmin = 10 x 10-9 Nm, Tablo1) yarıçapın koni plakası geometrisi için düşük tork sınırından etkilenen verileri reddetme kriteri Ewoldt ve ark. tarafından tartışılmıştır ve11'inaltında sunulmuştur:
kesme gerilme oranı nerededir. 100 mg/mL GR mukus konsantrasyonlarının aksine, 200 mg/ml ve 400 mg/mL GR mukus konsantrasyonları düşük tork etkilerinden etkilenmemiş, newton olmayan, düşük kesme suş oranlarında yüksek sıfır kesme gerinim oranı viskoziteleri ile kesme inceltme davranışını açıkça göstermektedir. Dinamik salınım ölçümleri altında minimum ölçülebilir viskoelastik modül kriteri Ewoldt ve ark. tarafından tartışılmış ve aşağıda sunulmuştur (Denklem 4)11. Denklem 4'te, yarıçapın (R) koni plakası geometrisi için salınımlı kesme altında minimum tork (Tmin = 2 x 10-9 Nm, Tablo 1).
burada Gmin depolama modülü (G') veya kayıp modülü (G") ve kesme gerinim oranıdır. Düşük tork efektleri ile yönetilen enstrümantasyon sınırlama rejimleri Şekil 6A ve 6Bolarak işaretlenmiştir. Sabit durum ölçümleri altında ikincil akış rejimi, dönme konisi ve plaka geometrisi11içinde bulunan bir girdap vasıtasıyla sıvının içe doğru momentum difüzyonu ile yönetilir. İkincil akış deseni torku yanlış arttırır ve sıvının kesme kalınlığı gibi görünmesini sağlar (Şekil 8A). Şekil 8A'da Ewoldt ve ark. tarafından önerilen ikincil akış sınırı aşağıdaki ilişkikullanılarak çizilmiştir 11:
burada L = βR, β koni açısı, R koni yarıçapı, φ = 1000 kg m-3, Recrit = 4 ve kesme oranıdır. Bu rejim, GR mukus örneklerindeki sonsuz kesmeli suş viskozitesi (η∞)değerlerinin tahmin edilmesine yardımcı oldu.
Burada sunulan protokolde gösterildiği gibi koni plakası geometrisi yerine düz plaka geometrisi kullanılarak protokolün değiştirilmesi yapılabilir. Düz plaka testleri, belirgin verim stresinin ölçüm boşluğuna ve geometriye bağımlılığını ortaya çıkarmak için dönme reometreslerindeki ölçüm boşluğunun parametrik bir varyasyonu ile yapılmalıdır. Bu makalede sunulan protokolün önerilen iyileştirmeleri aşağıda açıklanmıştır. Doğrusal viskoelastik rejimde (LVR) ve salınım frekansında gerinim genliğinin parametrik bir varyasyonu yapılmalıdır. GR mukusun yapışkanlığını tam olarak anlamak için 'raptiye ve peel' reoloji testleri yapılmalıdır. GR mukusun reoloji özellikleri, genel GR reolojik özellikleri üzerindeki etkisini hesaba katmak için kan hücrelerinin izlerini ölçmek için yapılan çalışmalarla birlikte daha büyük örnek hacimli topluluklar üzerinde yapılmalıdır.
Protokolün sınırlamaları aşağıda açıklanmıştır. GR mukus ekstraksiyon-prosedürlerinin incelikleri ve mukus örneklerinde kan hücrelerinin veya doku parçalarının varlığı mukusun reolojisini etkileyebilir. Bununla birlikte, protokolde kullanılan mukusta gözle görülür bir kan izine rastlanmadığını da unutulmamalıdır. GR mukus örneği heterojen bir malzemedir ve yeri ve ekstraksiyon sonrası koşullar nedeniyle farklı reolojik özelliklere sahip olabilir. Bu sınırlama, gr mukusunun büyük mukus ve doku varlığını parçalamak için bir çalkalayıcı kullanılarak yeterince homojenleştirilmesiyle giderildi. Bir diğer önemli sınırlama, GR mukus özelliklerinin genelleştirilmesini kısıtlayan analizler için hasat edilen çok küçük GR mukus numune hacimleridir (yaklaşık 1,4 mL).
Bu protokolün önemi, mukus gibi Newton olmayan biyolojik sıvıların doğru bir reolojik karakterizasyonuna izin vermesidir. Burada sunulan protokol, insan, hayvan ve bitki salgılarıyla ilişkili diğer benzer biyolojik sıvıların araştırılmasının önünü açıyor. Ek olarak, biyolojik sıvıların analogları olan sentetik sıvılar veya polimer bazlı çözeltiler, değişen gerilmeler, salınım frekansları ve sıcaklık altındaki malzeme özelliklerini anlamak için bu protokol kullanılarak test edilebilir. Protokol, çok küçük numune hacimleri kullanılabilir hale geldiğinde biyolojik sıvıların reolojik karakterizasyonu içinuygundur.
Protokolün genişletilmiş sonucu, GR mukusun belirgin viskozitesi ve belirgin verim stresinin, çapraz akış ve membran filtrasyonu gerektiren ve içeren filtre besleme ve ilerleme teknolojilerinin temel hidrodinamik araştırmasından kaynaklanan sonuçları yorumlamak için analitik modellerin oluşturulmasını kolaylaştıracağıdır.
Makro-reolojik çalışma, gıda partikülleriyle temas eden mukus'un başlangıçta, yapışkan görevi gören jel benzeri bir durumda olduğunu ortaya eder. Akış ve kesmenin başlatılması üzerine mukus belirgin bir verim stresine ulaşır ve plastik deformasyona uğrar. Rotasyonel bir reometre kullanılarak protokol yürütülmesi, mukusların jel benzeri davranıştan sıvı benzeri davranışa geçişinin karakterizasyonuna yardımcı oldu. Bu geçiş deneysel olarak gözlendi ve belirgin verim stresi rotasyonel reometre deneylerinde 0.2736 Pa olarak kaydedildi. Mukus üzerindeki dış gerilmeler belirgin verim stresinden daha az olduğunda, mukus gıda partiküllerinin yapışkanlığını kolaylaştırmak için jel benzeri davranışlar gösterecektir. Dış gerilmeler belirgin verim stresini aştığında, mukus, aglomera gıda partiküllerinin gümüş sazandaki sindirim organlarına taşınmasını kolaylaştıracak kesme inceltme davranışı gösterecektir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Çıkar çatışması bildirilmedi.
Acknowledgments
Yazarlar GW Biyomimetik ve Biyoinspired Mühendislik Merkezi'nden destek ve finansman kabul ediyorlar. George Washington Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden Profesör L. Patricia Hernandez'e soruşturmaya ve devam eden işbirliğine ilham verdiği, gümüş sazanın fizyolojisi konusunda biyolojik uzmanlık sağladığı ve mukus örneklerini sağladığı için teşekkür ediyoruz. Öğrencilere, Bay David Palumbo, Bayan Carly Cohen, Bay Isaac Finberg, Bay Dominick Petrosino, Bay Alexis Renderos, Bayan Priscilla Varghese, Bay Carter Tegen ve Bay Raghav Pajjur'a laboratuvardaki yardımları için ve Ta Instruments, New Castle, DE'den Bay Thomas Thomas'a reometrenin eğitimi ve bakımı konusunda destek için teşekkür ederiz. Şekil 5A,C için görüntüler, George Washington Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden Profesör L. Patricia Hernandez tarafından gerçekleştirilen bir diseksiyon sırasında çekildi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Materials | |||
| Kim Wipes | VWR | 470224-038 | To clean Sample from plate |
| Gloves | VWR | 89428-750 | To prevent contamination of sample |
| Pipette | VWR | 89079-974 | To transport sample from vial to rheometer |
| Pipette Tips | Thermo Scientific | 72830-042 | To transport sample from vial to rheometer |
| Shaker | VWR | 89032-094 | To homogenously mix sample of mucus |
| Vials | VWR | 66008-710 | Contains measured sample volumes |
| Weigh Scale | Ohaus | Scout –SPX Balances | To weigh mass of mucus samples |
| Chemical Reagents | |||
| De-Ionized Water (H20) | - | - | Liquid |
| Sterile 70% Isopropanol (C3H8O) | VWR | 89108-162 | Liquid |
| GR Mucus | |||
| 100 mg/mL concentration, 2mL | - | - | Viscoelastic Material |
| 400 mg/mL concentration, 1mL | - | - | Viscoelastic Material |
| 200 mg/mL concentration, 1mL | - | - | Viscoelastic Material |
| Software | |||
| MATLAB | Mathworks | R2017a | Data analysis, post-processing and graphical representation |
| Trios | TA Instruments | v4.5.042498 | Rheometer instrument control and analysis software |
References
- 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. Making a master filterer: Ontogeny of specialized filtering plates in silver carp (Hypophthalmichthys molitrix). Journal of Morphology. 279, 925-935 (2018).
- Cremer, M., Smitherman, R. Food habits and growth of silver and bighead carp in cages and ponds. Aquaculture. 20 (1), 57-64 (1980).
- Battonyai, I., et al. Relationship between gill raker morphology and feeding habits of hybrid bigheaded carps (Hypophthalmichthys spp.). Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems. 416, 36 (2015).
- Zhou, Q., Xie, P., Xu, J., Ke, Z., Guo, L. Growth and food availability of silver and bighead carps: Evidence from stable isotope and gut content analysis. Aquaculture Research. 40 (14), 1616-1625 (2009).
- Freedman, J. A., Butler, S. E., Wahl, D. H. Impacts of invasive Asian carps on native food webs (Final Report). , University of Illinois, Kaskaskia Biological Station. Urbana-Champaign, IL. (2012).
- Nico, L., Fuller, P., Li, J. Silver carp (Hypophthalmichthys molitrix)-FactSheet. , (2017).
- Walleser, L., Howard, D., Sandheinrich, M., Gaikowski, M., Amberg, J. Confocal microscopy as a useful approach to describe gill rakers of Asian species of carp and native filter-feeding fishes of the upper Mississippi River system. Journal of Fish Biology. 85 (5), 1777-1784 (2014).
- Nelson, A. Z., Ewoldt, R. H. Design of yield-stress fluids: a rheology-to-structure inverse problem. Soft Matter. 13, 7578-7594 (2017).
- Chen, T. Rheological Techniques for Yield Stress Analysis. TA Instruments Applications Note, RH025. , (2020).
- Ewoldt, R. H., Johnston, M. T., Caretta, L. M. Experimental challenges of shear rheology: how to avoid bad data. Complex Fluids in Biological Systems. Spagnolie, S. , Springer. (2015).
- Thornton, D. J., Sheehan, J. K. From Mucins to Mucus: Toward a more coherent understanding of this essential barrier. Proceedings of the American Thoracic Society. 1, 54-61 (2004).
- Shepard, K. L.
- Fernández-Alacid, L., et al. Skin mucus metabolites in response to physiological challenges: A valuable non-invasive method to study teleost marine species. Science of the Total Environment. 644, 1323-1335 (2018).
- Wagner, C. E., Wheeler, K. M., Ribbeck, K. Mucins and Their Role in Shaping the Functions of Mucus Barriers. Annual Reviews in Cell and Developmental Biology. 34, 189-215 (2018).
- Bird, R. B., Armstrong, R. C., Hassager, O. Dynamics of Polymeric Liquids, Volume 1: Fluid Mechanics. , Wiley. New York. 1255-1284 (1987).
- Mantle, M., Allen, A. Isolation and characterisation of the native glycoprotein from pig small intestinal mucus. Biochemical Journal. 195, 267-275 (1981).
- Allen, A., Hutton, D. A., Pearson, J. P., Sellers, L. A. Mucus glycoprotein structure, gel formation and gastrointestinal mucus function. Mucus and Mucosa (Ciba Foundation Symposium). Nugent, J., O'Conner, M. , Pitman. London. 137-156 (1984).
- Asakawa, M. Histochemical studies of the mucus on the epidermis of eel, Anguillajaponica. Bulletin of Japanese Society of Scientific Fisheries. 36, 83-87 (1970).
- Fletcher, T. C., Jones, R., Reid, L. Identification of glycoproteins in goblet cells of epidermis and gill of plaice (Pleuroneces platessa L.), flounder (Platichthys flesus (L.)) and rainbow trout (Salmo gairdneri Richardson). Histochemical Journal. 8, 597-608 (1976).
- Silberberg, A. Mucus glycoprotein, its biophysical and gel forming properties. Symposia of the Society for Experimental Biology. 43, 43-64 (1989).
- Hills, B. The Biology of Surfactants. , Cambridge Univ. Press. Cambridge. 408 (1988).
- Aubert, H., Brook, A. J., Shephard, K. L. Measurement of the adhesion of a desmid to a substrate. British Phycology Journal. 24, 293-295 (1989).
- Sanderson, S. L., Cech, J. J., Patterson, M. R. Fluid dynamics in suspension feeding black fish. Science. 251, 1346-1348 (1991).
- Lai, S. K., Wang, Y. Y., Wirtz, D., Hanes, J.
- Chaudhary, G., Ewoldt, R. H., Thiffeault, J. L.
- Downing, S., Salo, W., Spitzer, R., Koch, E. The hagfish slime gland: a model system for studying the biology of mucus. Science. 214, 1143-1145 (1981).
- Hwang, S. H., Litt, M., Forsman, W. C.
- Litt, M.
- Quarishi, M. S., Jones, N. S., Mason, J. The rheology of nasal mucus: a review. Clinical Otolaryngology. 23, 403-413 (1998).
- Nordgård, C. T., Draget, K. I., Seternes, T.
- Fernández-Alacid, L., et al. Comparison between properties of dorsal and ventral skin mucus in Senegalese sole: Response to an acute stress. Aquaculture. 513, 734410 (2019).
- Yüce, C., Willenbacher, N. Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions - Case Study for Screen-printing Silver Pastes. Journal of Visualized Experiments. (122), e55377 (2017).
- Sultan, S., Mathew, A. P. 3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds. J. Vis. Exp. (146), (2019).
- Barnes, H. A., Hutton, J. F., Walters, K. An Introduction to Rheology. , Elsevier. Amsterdam. (1989).
- National Water Information System. USGS Current Conditions for USGS 06910450 Missouri River at Jefferson City, MO. U.S. Geological Survey. , Available from: https://nwis.waterdata.usgs.gov/usa/nwis/uv/?cb_00010=on&cb_00060=on&cb_00065=on&format=gif_default&site_no=0691045&p09-19&end_date=2018-09-21 (2020).
