Ce protocole présente une méthode pour effectuer la caractérisation rhéologique du mucus qui réside sur les râteaux branchiaux (GR) de la carpe argentée. Les caractéristiques viscoélastiques du MUCUS GR, obtenues en mesurant la viscosité, le stockage et les modules de perte, sont évaluées pour la limite d’élasticité apparente afin de comprendre le mécanisme d’alimentation du filtre dans les GR.
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Article de méthode
Caractérisation macro-rhéologique du mucus gill raker chez la carpe argentée, Hypophthalmichthys molitrix
Dans cet article
Résumé
Résumé
La carpe argentée, Hypophthalmichthys molitrix,est un poisson filtre planktivore envahissant qui a infesté les cours d’eau naturels du bassin supérieur du Mississippi en raison de son mécanisme d’alimentation par filtre très efficace. Les organes caractéristiques appelés râteaux branchiaux (GR), que l’on trouve dans de nombreux filtreurs de ce type, facilitent la filtration efficace des particules alimentaires telles que le phytoplancton de quelques microns.
La motivation pour étudier la rhéologie du mucus GR provient de notre désir de comprendre son rôle dans l’aide au processus d’alimentation par filtre chez la carpe argentée. Le liquide riche en mucus, dans un état « épais et collant » peut faciliter l’adhésion des particules alimentaires. La perméation et le transport à travers la membrane GR sont facilités par l’action de forces de cisaillement externes qui induisent des taux de déformation de cisaillement variables. Par conséquent, la rhéologie du mucus peut fournir un indice vital sur la nature extrêmement compensante de la carpe argentée dans le bassin de poissons filtreurs. Sur cette base, il a été postulé que le mucus GR peut fournir une fonction adhésive aux particules alimentaires et agir comme un véhicule de transport pour aider au processus d’alimentation par filtre.
L’objectif principal du protocole est de déterminer la limite d’élasticité du mucus, attribuée à la contrainte de cisaillement minimale requise pour initier l’écoulement à laquelle une déformation plastique irréversible est observée pour la première fois sur un matériau viscoélastique structuré. En conséquence, les propriétés rhéologiques du mucus GR, c’est-à-dire la viscosité, le stockage et les modules de perte, ont été étudiées pour sa nature non newtonienne, amincissante par cisaillement, à l’aide d’un rhéomètre rotatif.
Un protocole présenté ici est utilisé pour analyser les propriétés rhéologiques du mucus extrait des râteaux branchiaux d’une carpe argentée, pêchée à l’emplacement de Hart Creek de la rivière Missouri. Le protocole vise à développer une stratégie efficace pour les tests rhéologiques et la caractérisation matérielle du mucus supposé être un matériau viscoélastique structuré.
Introduction
La carpe argentée, Hypophthalmichthys molitrix,est un filtreur planctonivore et une espèce envahissante qui s’est infiltrée dans plusieurs cours d’eau naturels aux États-Unis. Cette espèce a été initialement introduite dans le bassin supérieur du Mississippi pour contrôler les proliférations d’algues1,2,3. La carpe argentée est un alimentateur extrêmement efficace. Typiquement, ses tailles de particules alimentaires consommables vont de 4 à 20 μm à un zooplancton plus grand qui est d’environ 80 μm3,4,
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Protocole
1. Préparation des solutions de mucus de différentes concentrations
REMARQUE: Trois concentrations de la solution de mucus (400 mg/mL, 200 mg/mL et 100 mg/mL avec des volumes approximatifs, 1 mL, 1 mL et 2 mL, respectivement) sont préparées pour cette expérience.
- Pour calculer la masse du mucus, mesurer la masse moyenne des flacons avec (Mavec-mucus ; mg) et sans mucus (flacons M ; mg). Soustrayez ensuite la masse des flacons avec du mucus avec celle sans mucus (Mmucus = Mavec-mucus - Mflacons ; mg).
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Résultats
Dans cette section, nous présentons les résultats des expériences sur le mucus GR à l’aide d’un rhéomètre rotatif avec une géométrie de cône (40 mm de diamètre, 1° 0' 11'') et une plaque de Peltier. Les expériences ont aidé à caractériser le comportement non newtonien d’amincissement par cisaillement du mucus GR et la contrainte d’élasticité apparente représentant la transition du mucus d’un matériau semblable à un gel à un matériau de type fluide. Les résultats représentatifs comprennent des descriptions quantitatives d.......
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Discussion
L’un des principaux objectifs de l’élaboration de ce protocole est d’établir qu’il est bien adapté à la caractérisation rhéologique du mucus GR lorsque de très petits volumes d’échantillons sont disponibles. Nous reconnaissons que davantage d’échantillons provenant d’un groupe de carpes argentées sont nécessaires pour caractériser pleinement les propriétés rhéologiques du mucus GR et les données présentées ici ne sont pas une généralisation à l’ensemble de la population de carpes argentées. Notre technique est justifiée .......
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Déclarations de divulgation
Aucun conflit d’intérêts n’a été déclaré.
Remerciements
Les auteurs reconnaissent le soutien et le financement du GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering. Nous remercions le professeur L. Patricia Hernandez du Département des sciences biologiques de l’Université George Washington d’avoir inspiré l’enquête et la collaboration continue, d’avoir fourni une expertise biologique sur la physiologie de la carpe argentée et d’avoir fourni les échantillons de mucus. Nous remercions les étudiants, M. David Palumbo, Mme Carly Cohen, M. Isaac Finberg, M. Dominick Petrosino, M. Alexis Renderos, Mme Priscilla Varghese, M. Carter Tegen et M. Raghav Pajjur pour leur aide dans le laboratoire et M. Thomas Evans et M. James Tho....
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Materials | |||
| Kim Wipes | VWR | 470224-038 | Pour nettoyer l’échantillon de la plaque |
| Gants | VWR | 89428-750 | Pour éviter la contamination de l’échantillon |
| Pipette | VWR | 89079-974 | Pour transporter l’échantillon du flacon au rhéomètre |
| Pointes de pipette | Thermo Scientific | 72830-042 | Pour transporter l’échantillon du flacon au rhéomètre |
| Agitateur | VWR | 89032-094 | Pour mélanger de manière homogène l’échantillon de mucus |
| Flacons | VWR | 66008-710 | Contient les volumes d’échantillons mesurés |
| Balance de pesée | Ohaus | Scout &ndash ; Balances SPX | Pour peser la masse des échantillons de mucus |
| Réactifs chimiques | |||
| désionisée (H20) | - | - | Liquide |
| stérile à 70 % d’isopropanol (C3H8O) | VWR | 89108-162 | Liquide |
| GR Mucus | |||
| 100 mg/mL concentration, 2mL | - | - | Matériau viscoélastique |
| Concentration de 400 mg/mL, 1 mL | - | - | Matériau viscoélastique |
| Concentration de 200 mg/mL, 1 mL | - | - | Matériau viscoélastique |
| Logiciel | |||
| MATLAB | Mathworks | R2017a | Analyse de données, post-traitement et représentation graphique |
| Trios | TA Instruments | v4.5.042498 | Logiciel de contrôle et d’analyse d’instruments de rhéomètre |
Références
- 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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Réimpressions et autorisations
