Caracterización macro-reológica del moco rastrillo branquial en la carpa plateada, Hypophthalmichthys molitrix

La importancia de este protocolo es que permite una caracterización reológica precisa de fluidos biológicos no newtonianos, como el moco, especialmente cuando solo se dispone de volúmenes de muestra muy pequeños. Esta técnica facilita la caracterización del límite elástico aparente y la viscoelasticidad de fluidos biológicos estructurados complejos, como el moco de branquiespinas. Este método permite la estimación del estrés elástico de la mucosa de branquiespinas, y facilita la caracterización reológica y el desarrollo de protocolos de fluidos biológicos similares, como secreciones humanas, animales y vegetales.

La demostración del procedimiento con Kartik Bulusu estará a cargo de Samantha Racan, una estudiante graduada de nuestro laboratorio. Para preparar aproximadamente dos mililitros de 100 miligramos por mililitro de solución concentrada de moco de pescado, realice una dilución en serie de dos mililitros de concentración de 400 miligramos por mililitro agregando agua desionizada en una proporción de uno a dos dos veces. Coloque el vial de solución mucosa en un agitador hasta que la solución esté adecuadamente homogeneizada y se haya mitigado cualquier aglomeración de partículas de moco.

Para calibrar el reómetro, inicie el software de control del instrumento del reómetro y seleccione las pestañas de calibración e instrumento. Haga clic en calibración y calibrar para asegurarse de que los valores de calibración estén dentro del 10% entre sí y haga clic en aceptar. Gire el eje en la parte superior del reómetro para instalar la geometría del ángulo del cono.

El software detectará la geometría de ángulo de cono de 40 milímetros de diámetro, un grado, cero minutos, 11 segundos. Para realizar la calibración de la geometría del reómetro, haga clic en calibración bajo inercia y haga clic en calibrar. Haga clic en aceptar para aceptar la calibración.

Haga clic en calibración bajo fricción y haga clic en calibrar. Haga clic en aceptar para aceptar la calibración. Los valores de calibración de la geometría, la inercia y la fricción deben registrarse en las unidades adecuadas.

Para realizar la inicialización de espacio cero, haga clic en espacio en opciones. En la ventana emergente, establezca la fuerza axial en un Newton y haga clic en Aceptar, luego haga clic en el icono de espacio cero. La inicialización se completa cuando la fuerza axial experimentada por la geometría se vuelve mayor o igual a un Newton al tocar la placa Peltier.

Para asegurarse de que el espacio del reómetro se ponga a cero para que su posición de referencia sea precisa, utilice las flechas hacia arriba y hacia abajo para elevar la geometría a cualquier altura arbitraria. La pantalla de control del instrumento del reómetro y el panel de control del software de control del instrumento del reómetro mostrarán la altura del espacio. Para realizar el experimento reológico y el rango viscoelástico lineal de una solución de moco de interés, cargue aproximadamente 300 microlitros de la solución de moco de pescado en una punta de pipeta de un mililitro y cargue la solución en la placa Peltier.

Pulse el icono de ir al espacio de recorte para bajar la geometría sobre la placa Peltier. Utilice la pipeta para eliminar el exceso de solución mucosa mientras aplica una pequeña velocidad angular al motor y haga clic en los iconos de parada y aplicación hasta que el valor de par alcance el mínimo. Para realizar experimentos de amplitud de oscilación, en el menú de procedimientos de la pestaña de experimentos, configure la oscilación y la amplitud y ajuste la temperatura a 22 grados Celsius.

Establezca el tiempo de remojo en 120 segundos y verifique esperar la temperatura. Establezca la frecuencia en un hercio, el par en 10 a 10.000 metros de micronewton y los puntos por década en 10. A continuación, haga clic en el icono de insertar paso duplicado.

Cambia la amplitud a la frecuencia. Ajuste la temperatura a 22 grados centígrados y establezca el tiempo de remojo en cero segundos. Establezca el porcentaje de deformación en uno.

En el menú de barrido logarítmico, establezca la frecuencia en 20 a 1 hercio y los puntos por década en 10. Para configurar el procedimiento de barrido de flujo, haga clic en el icono de insertar paso duplicado y, a continuación, cambie la oscilación a flujo y seleccione barrido para establecer la temperatura en 22 grados Celsius y establecer el tiempo de remojo en cero segundos. Establezca la velocidad de cizallamiento en 1 a 10, 000 por segundo y los puntos por década en 10 y marque la casilla de detección de estado estacionario.

Presione el icono de ir al espacio de geometría para bajar la geometría al espacio adecuado preestablecido para una geometría específica y haga clic en iniciar en el software del instrumento y observe el movimiento de la geometría del cono. El reómetro generará un gráfico en tiempo real que informa de la pérdida de módulos de almacenamiento en la ventana principal después de que se alcance el tiempo de remojo de la temperatura. Haga clic con el botón derecho para seleccionar la pestaña de variables del gráfico y establezca el eje x de la gráfica en porcentaje de deformación por oscilación para ver los datos de interés.

Para ver los datos de frecuencia angular, haga clic con el botón derecho en el barrido de frecuencia y seleccione enviar a nuevo gráfico. Para ver los datos de viscosidad aparente frente a esfuerzo cortante en tiempo real, haga clic con el botón derecho en el barrido de flujo y seleccione enviar a nuevo gráfico, luego guarde el archivo que contiene tanto el procedimiento experimental como los resultados en el formato de archivo nativo del software de control del instrumento del reómetro cuando finalice el experimento. Para el análisis gráfico, exporte los datos de reología del moco a una hoja de cálculo y ejecute códigos complementarios para la viscosidad aparente para diferentes tasas de deformación por cizallamiento y módulo de pérdida, módulo de almacenamiento y ángulo de fase para diferentes tensiones de oscilación para generar gráficos de los resultados.

Como se observa en los datos de amplitud de oscilación dinámica, el módulo de almacenamiento de la concentración de 200 miligramos por mililitro disminuyó y cruzó el módulo de pérdida dentro del rango de tensión. Los datos de ángulo de fase para esta concentración demostraron una transición constante a líquido viscoelástico con una región de transición de tensiones de fluencia. Los datos del módulo para la concentración de 400 miligramos por mililitro demostraron un fenómeno de rendimiento con un punto de cruce entre los módulos de almacenamiento y pérdida que se produjo con un estrés de rendimiento aparente de aproximadamente 0,27 pascales.

Los datos de ángulo de fase para la concentración de 400 miligramos por mililitro demostraron una transición brusca a líquido viscoelástico con un punto de cruce de aproximadamente 0,27 pascales. Como se observó en los datos de velocidad de cizallamiento constante, la concentración de 100 miligramos por mililitro exhibió una viscosidad predominantemente constante fuera de las regiones resaltadas de limitación del instrumento, una región plana insignificante y un comportamiento similar al de un fluido newtoniano. La concentración de 200 miligramos por mililitro demostró un comportamiento no newtoniano con tasas de cizallamiento crecientes y una propensión a ceder con una región plana pronunciada.

La concentración de 400 miligramos por mililitro es la más cercana a la composición del moco del branquiespinas, exhibiendo un claro cambio en el estado del moco de gelatinoso a un líquido diluyente de cizallamiento después de rendir aproximadamente 0,27 pascales. Como se describe en el manuscrito del protocolo, es importante determinar el valor del porcentaje de deformación de oscilación dentro del régimen viscoelástico lineal del moco del branquiespinar antes de ejecutar los barridos dinámicos. Nuestro protocolo se puede utilizar para determinar el límite elástico aparente de fluidos biológicos pegajosos y gelatinosos, y se puede extender a pruebas de adherencia y pelado para una caracterización completa de la adhesividad de materiales similares al moco.

Este protocolo allana el camino para la investigación hidrodinámica de la alimentación por filtración con materiales similares al moco, la creación de modelos analíticos y el avance de las tecnologías de filtración de flujo cruzado y membrana.