Caratterizzazione macro-reologica del muco Gill Raker nella carpa argentata, Hypophthalmichthys molitrix

Il significato di questo protocollo è che consente un'accurata caratterizzazione reologica di fluidi biologici non newtoniani, come il muco, soprattutto quando sono disponibili solo volumi di campione molto piccoli. Questa tecnica facilita la caratterizzazione dello stress di snervamento apparente e della viscoelasticità di fluidi biologici strutturati complessi, come il muco branchiale. Questo metodo consente la stima dello stress da resa del muco del rastrello branchiale e facilita la caratterizzazione reologica e lo sviluppo del protocollo di fluidi biologici simili, come le secrezioni umane, animali e vegetali.

A dimostrare la procedura con Kartik Bulusu sarà Samantha Racan, una studentessa laureata del nostro laboratorio. Per preparare circa due millilitri di 100 milligrammi per millilitro di soluzione concentrata di muco di pesce, eseguire una diluizione seriale di due millilitri di 400 milligrammi per millilitro di concentrazione aggiungendo acqua deionizzata in rapporto da uno a due due volte. Posizionare la fiala di soluzione di muco su uno shaker fino a quando la soluzione non è adeguatamente omogeneizzata e l'eventuale agglomerato di particolato di muco è stato mitigato.

Per calibrare il reometro, avviare il software di controllo dello strumento del reometro e selezionare le schede di calibrazione e dello strumento. Fare clic su calibrazione e calibrare per assicurarsi che i valori di calibrazione siano entro il 10% l'uno dall'altro, quindi fare clic su accetta. Ruotare l'albero sulla parte superiore del reometro per installare la geometria dell'angolo del cono.

Il software rileverà la geometria dell'angolo del cono di 40 millimetri di diametro, un grado, zero minuti, 11 secondi. Per eseguire la calibrazione della geometria del reometro, fare clic su calibrazione in inerzia e fare clic su calibra. Fare clic su Accetta per accettare la calibrazione.

Fare clic su calibrazione sotto attrito e fare clic su calibra. Fare clic su Accetta per accettare la calibrazione. I valori di taratura dell'inerzia della geometria e dell'attrito devono essere registrati nelle unità appropriate.

Per eseguire l'inizializzazione dello spazio zero, fare clic su spazio nelle opzioni. Nella finestra pop-up, impostare la forza assiale su un Newton e fare clic su OK, quindi fare clic sull'icona dello spazio zero. L'inizializzazione è completa quando la forza assiale subita dalla geometria diventa maggiore o uguale a un Newton quando tocca la piastra di Peltier.

Per assicurarsi che la distanza tra i reometri sia azzerata in modo che la sua posizione di riferimento sia accurata, utilizzare le frecce su e giù per aumentare la geometria a un'altezza arbitraria. Lo schermo di controllo sullo strumento reometro e il pannello di controllo del software di controllo dello strumento reometro visualizzeranno entrambi l'altezza della fessura. Per eseguire l'esperimento reologico e l'intervallo viscoelastico lineare di una soluzione di muco di interesse, caricare circa 300 microlitri di soluzione di muco di pesce in un puntale di pipetta da un millilitro e caricare la soluzione sulla piastra di Peltier.

Premere l'icona vai alla fessura di rifilatura per abbassare la geometria sulla piastra Peltier. Utilizzare la pipetta per rimuovere la soluzione di muco in eccesso applicando una piccola velocità angolare al motore e fare clic sulle icone di arresto e applicazione fino a quando il valore di coppia non raggiunge il minimo. Per eseguire esperimenti sull'ampiezza dell'oscillazione, nel menu delle procedure della scheda esperimenti, impostare l'oscillazione e l'ampiezza e impostare la temperatura a 22 gradi Celsius.

Impostare il tempo di ammollo su 120 secondi e controllare la temperatura. Imposta la frequenza a un Hertz, la coppia a 10-10.000 micronewton metri e i punti per decennio a 10. Quindi, fai clic sull'icona Inserisci passaggio duplicato.

Cambia l'ampiezza in frequenza. Imposta la temperatura a 22 gradi Celsius e imposta il tempo di ammollo a zero secondi. Impostare la percentuale di deformazione su uno.

Nel menu di scansione logaritmica, impostare la frequenza su 20 a 1 hertz e i punti per decade su 10. Per impostare la procedura di scansione del flusso, fare clic sull'icona di inserimento del passaggio duplicato, quindi modificare l'oscillazione in flusso e selezionare la scansione per impostare la temperatura a 22 gradi Celsius e impostare il tempo di immersione su zero secondi. Impostare la velocità di taglio da 1 a 10.000 al secondo e i punti per decennio da 10 e selezionare la casella di rilevamento dello stato stazionario.

Premere l'icona Vai alla fessura geometrica per abbassare la geometria alla fessura preimpostata adatta per una geometria specifica e fare clic su Avvia nel software dello strumento e osservare il movimento della geometria del cono. Un grafico in tempo reale che riporta la perdita nei moduli di stoccaggio sarà generato dal reometro nella finestra principale dopo che il tempo di immersione della temperatura è stato raggiunto. Fare clic con il pulsante destro del mouse per selezionare la scheda delle variabili del grafico e impostare l'asse x del grafico sulla percentuale di deformazione dell'oscillazione per visualizzare i dati di interesse.

Per visualizzare i dati della frequenza angolare, fare clic con il pulsante destro del mouse su sweep di frequenza e selezionare Invia a nuovo grafico. Per visualizzare i dati sulla viscosità apparente rispetto alla sollecitazione di taglio in tempo reale, fare clic con il pulsante destro del mouse su Flow Sweep e selezionare Invia a nuovo grafico, quindi salvare il file che contiene sia la procedura sperimentale che i risultati nel formato di file nativo del software di controllo dello strumento reometrico al termine dell'esperimento. Per l'analisi grafica, esportare i dati di reologia del muco in un foglio di calcolo ed eseguire codici supplementari per la viscosità apparente per le variazioni delle velocità di deformazione di taglio e del modulo di perdita, il modulo di stoccaggio e l'angolo di fase per le variazioni delle sollecitazioni di oscillazione per generare grafici dei risultati.

Come osservato nei dati sull'ampiezza dell'oscillazione dinamica, il modulo di stoccaggio della concentrazione di 200 milligrammi per millilitro è diminuito e ha attraversato il modulo di perdita all'interno dell'intervallo di stress. I dati dell'angolo di fase per questa concentrazione hanno dimostrato una transizione costante verso il liquido viscoelastico con una regione di transizione delle sollecitazioni di snervamento. I dati del modulo per la concentrazione di 400 milligrammi per millilitro hanno dimostrato un fenomeno di resa con un punto di crossover tra i moduli di stoccaggio e di perdita che si è verificato allo stress di resa apparente di circa 0,27 pascal.

I dati dell'angolo di fase per la concentrazione di 400 milligrammi per millilitro hanno dimostrato una brusca transizione al liquido viscoelastico con un punto di crossover a circa 0,27 pascal. Come osservato nei dati della velocità di taglio costante, la concentrazione di 100 milligrammi per millilitro ha mostrato una viscosità prevalentemente costante al di fuori delle regioni evidenziate di limitazione dello strumento, una regione piatta trascurabile e un comportamento simile a un fluido newtoniano. La concentrazione di 200 milligrammi per millilitro ha dimostrato un comportamento non newtoniano con velocità di taglio crescenti e una propensione a cedere con una regione piatta pronunciata.

La concentrazione di 400 milligrammi per millilitro è la più vicina alla composizione del muco del rastrello branchiale, mostrando un chiaro cambiamento nello stato del muco da gelatinoso a fluido assottigliante dopo aver ceduto a circa 0,27 pascal. Come indicato nel manoscritto del protocollo, è importante determinare il valore percentuale di deformazione dell'oscillazione all'interno del regime viscoelastico lineare del muco del rastrello branchiale prima di eseguire le spazzate dinamiche. Il nostro protocollo può essere utilizzato per accertare lo stress di snervamento apparente di fluidi biologici appiccicosi e gelatinosi e può essere esteso a test di tack e peel per una caratterizzazione completa dell'adesività di materiali simili al muco.

Questo protocollo apre la strada allo studio idrodinamico dell'alimentazione filtrante con materiali simili al muco, alla creazione di modelli analitici e al progresso delle tecnologie di filtrazione a flusso incrociato e a membrana.