Questo protocollo presenta un metodo per eseguire la caratterizzazione reologica del muco che risiede sui rastrellatori branchiali (GRI) della carpa argentata. Le caratteristiche viscoelastiche del GR-muco, ottenute misurando la viscosità, lo stoccaggio e i moduli di perdita, vengono valutate per l'apparente stress di snervamento per comprendere il meccanismo di alimentazione del filtro nelle GR.
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Articolo metodologico
Caratterizzazione macro-reologica del muco Gill Raker nella carpa argentata, Hypophthalmichthys molitrix
In questo articolo
Sommario
Abstract
La carpa argentata, Hypophthalmichthys molitrix,è un pesce filtrante planctivoro invasivo che ha infestato i corsi d'acqua naturali del bacino superiore del fiume Mississippi grazie al suo meccanismo di alimentazione del filtro altamente efficiente. Gli organi caratteristici chiamati rastrellatori branchiali (GRI), che si trovano in molti di questi filtratori, facilitano la filtrazione efficiente di particelle di cibo come il fitoplancton che hanno dimensioni di pochi micron.
La motivazione per indagare la reologia del muco GR deriva dal nostro desiderio di capire il suo ruolo nell'aiutare il processo di alimentazione del filtro nella carpa argentata. Il fluido ricco di muco, in uno stato "denso e appiccicoso" può facilitare l'adesione del particolato alimentare. La permeazione e il trasporto attraverso la membrana GR sono facilitati dall'azione di forze di taglio esterne che inducono velocità di deformazione al taglio variabili. Pertanto, la reologia del muco può fornire un indizio vitale sulla tremenda natura di outcompeting della carpa argentata all'interno del pool di pesci che alimentano il filtro. Sulla base di ciò è stato ipotizzato che il muco GR possa fornire una funzione adesiva alle particelle alimentari e fungere da veicolo di trasporto per assistere nel processo di alimentazione del filtro.
L'obiettivo principale del protocollo è determinare lo stress di snervamento del muco, attribuito allo sforzo minimo di taglio richiesto per avviare il flusso al quale si osserva per la prima volta una deformazione plastica irreversibile attraverso un materiale viscoelastico strutturato. Di conseguenza, le proprietà reologiche del muco GR, cioè viscosità, stoccaggio e moduli di perdita, sono state studiate per la sua natura non newtoniana, di assottigliamento del taglio utilizzando un reometro rotazionale.
Un protocollo qui presentato è impiegato per analizzare le proprietà reologiche del muco estratto dai rastrellatori branchiali di una carpa argentata, pescato nella posizione di Hart Creek del fiume Missouri. Il protocollo mira a sviluppare una strategia efficace per i test reologici e la caratterizzazione materiale del muco assunto come materiale viscoelastico strutturato.
Introduzione
La carpa argentata, Hypophthalmichthys molitrix, è un alimentatore filtrante planctivoro e una specie invasiva che si è infiltrata in diversi corsi d'acqua naturali negli Stati Uniti. Questa specie è stata inizialmente introdotta nel bacino superiore del fiume Mississippi per controllare le fioriture algali1,2,3. La carpa argentata è un alimentatore estremamente efficiente. Tipicamente, le sue dimensioni delle particelle alimentari consumabili vanno da 4 a 20 μm a zooplancton più grandi che sono circa 80 μm3,4
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Protocollo
1. Preparazione delle soluzioni di muco di varie concentrazioni
NOTA: Tre concentrazioni della soluzione di muco (400 mg/mL, 200 mg/mL e 100 mg/mL con volumi approssimativi, rispettivamente 1 mL, 1 mL e 2 mL) sono preparate per questo esperimento.
- Per calcolare la massa del muco, misurare la massa media delle fiale con (Mcon-muco ; mg) e senza muco (Mfiale ; mg). Quindi sottrarre la massa delle fiale con muco con quella senza muco (Mmuco = Mcon-muco - Mfiale ; mg).
- Diluire il muco in tre con....
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Risultati
In questa sezione presentiamo i risultati degli esperimenti sul muco GR utilizzando un reometro rotazionale con geometria a cono (diametro 40 mm, 1° 0' 11'') e una piastra di Peltier. Gli esperimenti hanno contribuito a caratterizzare il comportamento non newtoniano di assottigliamento al taglio del muco GR e l'apparente stress di resa che raffigura la transizione del muco da un materiale simile al gel a un materiale simile a un fluido. I risultati rappresentativi comportano descrizioni quantitative dei limiti di coppia .......
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Discussione
Uno degli obiettivi principali dello sviluppo di questo protocollo è quello di stabilire che è adatto per la caratterizzazione reologica del muco GR quando sono disponibili volumi di campione molto piccoli. Riconosciamo che sono necessari più campioni da una scuola di carpa argentata per caratterizzare pienamente le proprietà reologiche del muco GR e i dati qui presentati non sono una generalizzazione sull'intera popolazione di carpe argentee. La nostra tecnica è giustificata dalla sua efficacia con la caratterizzazione .......
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Dichiarazioni
Nessun conflitto di interessi dichiarato.
Ringraziamenti
Gli autori riconoscono il sostegno e il finanziamento del GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering. Ringraziamo la professoressa L. Patricia Hernandez del Dipartimento di Scienze Biologiche della George Washington University per aver ispirato l'indagine e la collaborazione in corso, fornendo competenze biologiche sulla fisiologia della carpa argentata e fornendo i campioni di muco. Ringraziamo gli studenti, David Palumbo, Carly Cohen, Isaac Finberg, Dominick Petrosino, Alexis Renderos, Priscilla Varghese, Carter Tegen e Raghav Pajjur per l'aiuto in laboratorio e Thomas Evans e James Thomas di TA Instruments, New Castle, DE per il supporto con la formazion....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Materiali | |||
| Kim Salviette | VWR | 470224-038 | Per pulire il campione dalla piastra |
| Guanti | VWR | 89428-750 | Per prevenire la contaminazione del campione |
| Pipetta | VWR | 89079-974 | Per trasportare il campione dalla fiala al reometro |
| Puntali per pipette | Thermo Scientific | 72830-042 | Per trasportare il campione dalla fiala all'agitatore reometrico |
| VWR | 89032-094 | Per miscelare in modo omogeneo il campione di muco | |
| Fiale | VWR | 66008-710 | Contiene i volumi di campione misurati |
| Bilancia Bilancia | Ohaus | Scout – Bilance SPX | Per pesare la massa di campioni di muco |
| Reagenti chimici | |||
| Acqua deionizzata (H20) | - | - | Liquido |
| Sterile 70% Isopropanolo (C3H8O) | VWR | 89108-162 | |
| LiquidoGR Muco | |||
| 100 mg/mL concentrazione, 2mL | - | - | Materiale viscoelastico |
| Concentrazione di 400 mg/mL, 1mL- | - | Materiale viscoelastico | |
| Concentrazione di 200 mg/mL, 1mL | - | - | Materiale viscoelastico |
| Software | |||
| MATLAB | Mathworks | R2017a | Analisi dei dati, post-elaborazione e rappresentazione grafica |
| Trios | TA Instruments | v4.5.042498 | Software di controllo e analisi degli strumenti reometrici |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
