銀の鯉、眼圧軟化モリクスにおけるギル・レイカー粘液のマクロ・レオロジー特性

このプロトコールの重要性は、特に非常に少量のサンプルしか利用できない場合に、粘液などの非ニュートン体液の正確なレオロジー特性評価を可能にすることです。この手法は、鰓レイカー粘液などの複雑な構造の生物学的流体の見かけの降伏応力と粘弾性の特性評価を容易にします。この方法により、鰓掻爬粘液の降伏応力推定が可能になり、ヒト、動物、植物の分泌物などの同様の生体液のレオロジー特性評価とプロトコル開発が容易になります。

Kartik Bulusuによる手順のデモンストレーションは、私たちの研究室の大学院生であるSamantha Racanです。100ミリグラム/ミリリットルの濃縮魚粘液を約2ミリリットル調製するには、脱イオン水を1対2の比率で2回加えることにより、400ミリグラム/ミリリットルの濃度の2ミリリットルの段階希釈を行います。粘液溶液のバイアルをシェーカーに置き、溶液が適切に均質化され、粘液粒子の凝集が軽減されるまで待ちます。

レオメータを校正するには、レオメータ機器制御ソフトウェアを起動し、校正タブと機器タブを選択します。「キャリブレーション」および「キャリブレーション」をクリックして、キャリブレーション値が互いに 10% 以内にあることを確認し、「受け入れる」をクリックします。レオメータの上部にあるシャフトを回して、コーン角度ジオメトリを取り付けます。

ソフトウェアは、直径40ミリメートル、1度、ゼロ分、11秒の円錐角形状を検出します。レオメータの形状キャリブレーションを実行するには、慣性の下のキャリブレーションをクリックし、キャリブレーションをクリックします。[同意する] をクリックして、キャリブレーションを受け入れます。

「摩擦」の下の「キャリブレーション」をクリックし、「キャリブレーション」をクリックします。[同意する] をクリックして、キャリブレーションを受け入れます。ジオメトリの慣性と摩擦のキャリブレーション値は、適切な単位で記録する必要があります。

ゼロギャップの初期化を実行するには、オプションのギャップをクリックします。ポップアップウィンドウで、軸力を1ニュートンに設定してOKをクリックし、ゼロギャップアイコンをクリックします。初期化は、ジオメトリが受ける軸力がペルチェプレートに触れたときに1ニュートン以上になったときに完了します。

レオメータのギャップをゼロにして基準位置が正確になるようにするには、上矢印と下矢印を使用して、ジオメトリを任意の高さまで上げます。レオメータ機器の制御画面とレオメータ機器制御ソフトウェアのコントロールパネルの両方にギャップ高さが表示されます。レオロジー実験と目的の粘液の線形粘弾性範囲を実行するには、約300マイクロリットルの魚粘液を1ミリリットルのピペットチップにロードし、溶液をペルチェプレートにロードします。

[go to trim gap] アイコンを押して、ジオメトリをペルチェ プレートに下げます。ピペットを使用して、モーターに小さな角速度を適用しながら余分な粘液を取り除き、トルク値が最小に達するまでストップアイコンをクリックして適用します。振動振幅実験を行うには、実験タブの手順メニューで、振動と振幅を設定し、温度を摂氏22度に設定します。

浸漬時間を120秒に設定し、温度を確認します。周波数を 1 ヘルツに、トルクを 10 から 10, 000 マイクロニュートンメートルに、10 年あたりのポイントを 10 に設定します。次に、重複するステップの挿入アイコンをクリックします。

振幅を周波数に変更します。温度を摂氏22度に設定し、浸漬時間をゼロ秒に設定します。ひずみの割合を 1 に設定します。

対数スイープ メニューで、周波数を 20 から 1 ヘルツに設定し、10 年あたりのポイントを 10 に設定します。フロースイープ手順を設定するには、挿入重複ステップアイコンをクリックし、振動をフローに変更し、スイープを選択して温度を摂氏22度に設定し、ソーク時間をゼロ秒に設定します。せん断速度を1〜10,000/秒に設定し、10年あたりのポイントを10に設定し、定常状態のセンシングボックスをオンにします。

Go to geometry gap(ジオメトリのギャップに移動)アイコンを押して、ジオメトリを特定のジオメトリごとにプリセットされた適切なギャップに下げ、機器ソフトウェアでstartをクリックして、コーンジオメトリの動きを観察します。貯蔵弾性率の損失を報告するリアルタイムプロットは、温度ソーク時間に達した後、メインウィンドウのレオメータによって生成されます。右クリックして[グラフ変数]タブを選択し、プロットのx軸を振動ひずみパーセンテージに設定して、目的のデータを表示します。

角周波数データを表示するには、周波数スイープを右クリックして[新しいグラフに送信]を選択します。見かけの粘度とせん断応力のデータをリアルタイムで表示するには、Flow Sweepを右クリックして[Send to new graph]を選択し、実験終了時に実験手順と結果の両方を含むファイルをレオメータ機器制御ソフトウェアのネイティブファイル形式で保存します。グラフィカル解析では、粘液レオロジーデータをスプレッドシートにエクスポートし、さまざまなせん断ひずみ速度とさまざまな振動応力の損失弾性率、貯蔵弾性率、位相角の見かけの粘度の補足コードを実行して、結果のグラフを生成します。

動的振動振幅データで観察されたように、200ミリグラム/ミリリットルの濃度の貯蔵弾性率は減少し、応力範囲内で損失弾性率を超えました。この濃度の位相角データは、降伏応力の遷移領域を持つ粘弾性液体への着実な遷移を示しました。400ミリグラム/ミリリットルの濃度の弾性率データは、約0.27パスカルの見かけの降伏応力で発生した貯蔵弾性率と損失弾性率との間のクロスオーバーポイントによる降伏現象を示しました。

400ミリグラム/ミリリットルの濃度の位相角データは、約0.27パスカルの交差点を持つ粘弾性液体への急激な遷移を示しました。定常せん断速度データで観察されたように、100ミリグラム/ミリリットルの濃度は、強調表示された機器の制限領域の外側では主に一定の粘度を示し、平坦な領域は無視でき、ニュートン流体のような振る舞いを示しました。ミリグラム/ミリリットルの濃度200ミリグラムは、せん断速度の増加と顕著な平坦領域での降伏傾向を伴う非ニュートン挙動を示しました。

400ミリグラム/ミリリットルの濃度は、ギルレーカー粘液組成物に最も近く、粘液の状態がゲル状からせん断減粘液に明らかな変化を示し、約0.27パスカルで降伏した後です。プロトコールの原稿で概説されているように、動的スイープを実行する前に、ギルレーカー粘液の線形粘弾性領域内の振動ひずみパーセンテージ値を決定することが重要です。当社のプロトコルは、粘着性およびゲル状の生体流体の見かけの降伏応力を確認するために使用でき、粘液様材料の接着性の完全な特性評価のためのタックおよびピーリングテストに拡張できます。

このプロトコルは、粘液様材料を用いたフィルター供給の流体力学的研究、分析モデルの作成、クロスフローおよび膜ろ過技術の進歩への道を開きます。