Ten protokół przedstawia metodę przeprowadzania charakterystyki reologicznej śluzu znajdującego się na grabiach skrzelowych (GR) karasia srebrzystego. Właściwości lepkosprężyste śluzu GR, uzyskane przez pomiar modułów lepkości, magazynowania i strat, są oceniane dla pozornej granicy plastyczności, aby zrozumieć mechanizm podawania filtra w GR.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Charakterystyka makroreologiczna śluzu grabi skrzelowej w tołpyga, Hypophthalmichthys molitrix
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Karp srebrzysty, Hypophthalmichthys molitrix, jest inwazyjną roślinożerną rybą filtracyjną, która zaatakowała naturalne drogi wodne górnego dorzecza rzeki Missisipi dzięki wysoce wydajnemu mechanizmowi filtrowania. Charakterystyczne narządy zwane grabiami skrzelowymi (GR), znajdujące się w wielu takich filtratorach, ułatwiają skuteczną filtrację cząstek pokarmu, takich jak fitoplankton, które mają wielkość kilku mikronów.
Motywacja do zbadania reologii śluzu GR wynika z naszego pragnienia zrozumienia jego roli we wspomaganiu procesu filtrowania u karpia srebrzystego. Płyn bogaty w śluz, w stanie "gęstym i lepkim" może ułatwiać przyleganie cząstek pokarmowych. Przenikanie i transport przez membranę GR są ułatwione przez działanie zewnętrznych sił ścinających, które indukują różne szybkości odkształcania przy ścinaniu. Dlatego reologia śluzu może dostarczyć istotnej wskazówki na temat ogromnej przewagi konkurencyjnej karpia srebrzystego w puli ryb filtrujących. Na tej podstawie założono, że śluz GR może pełnić funkcję adhezyjną do cząstek żywności i działać jako pojazd transportowy, który wspomaga proces podawania filtra.
Głównym celem protokołu jest określenie granicy plastyczności śluzu, przypisanej minimalnemu naprężeniu ścinającemu wymaganemu do zainicjowania przepływu, przy którym po raz pierwszy obserwuje się nieodwracalne odkształcenie plastyczne na strukturalnym materiale lepkosprężystym. W związku z tym właściwości reologiczne śluzu GR, tj. lepkość, magazynowanie i moduły strat, badano pod kątem jego nienewtonowskiego, rozrzedzającego się przy ścinaniu charakteru za pomocą reometru rotacyjnego.
Przedstawiony tutaj protokół służy do analizy właściwości reologicznych śluzu wydobytego z grabi skrzelowych karasia srebrzystego, złowionego w Hart Creek, na rzece Missouri. Protokół ma na celu opracowanie skutecznej strategii badań reologicznych i charakterystyki materiału śluzu, który przyjmuje się, że jest ustrukturyzowanym materiałem lepkosprężystym.
Wprowadzenie
Srebrzysty karp, Hypophthalmichthys molitrix, jest planktonożernym filtratorem i inwazyjnym gatunkiem, który przeniknął do kilku naturalnych dróg wodnych w Stanach Zjednoczonych. Gatunek ten został początkowo wprowadzony w górnym dorzeczu rzeki Missisipi w celu zwalczania zakwitów glonów1,2,3. Karp srebrzysty jest niezwykle wydajnym karmnikiem. Zazwyczaj rozmiary cząstek żywności spożywczej wahają się od 4 do 20 μm do większych zooplanktonów, które wynoszą około 80 μm3,4,5. ....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Przygotowanie roztworów śluzu o różnych stężeniach
UWAGA: Do tego eksperymentu przygotowano trzy stężenia roztworu śluzu (400 mg/mL, 200 mg/mL i 100 mg/mL z przybliżonymi objętościami odpowiednio 1 mL, 1 mL i 2 mL).
- Aby obliczyć masę śluzu, zmierz średnią masę probówek ze śluzem (Mwith-mucus ; mg) oraz bez śluzu (Mvials ; mg). Następnie odejmij masę probówek bez śluzu od masy probówek ze śluzem (Mmucus = Mwith-mucus - Mvials ; mg).
- Rozcieńcz śluz do trzech stężeń (400, 200,....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W tej sekcji przedstawiamy wyniki eksperymentów przeprowadzonych na śluzie GR z użyciem reometru rotacyjnego z geometrią stożkową (średnica 40 mm, kąt 1° 0’ 11’’) i płytą Peltiera. Eksperymenty pomogły w scharakteryzowaniu nienewtonowskiego zachowania rozrzedzanego ścinaniem śluzu GR oraz pozornego granicznego naprężenia ścinania, obrazującego przejście śluzu z materiału przypominającego żel w materiał przypominający ciecz. Reprezentatywne wyniki obejmują ilościowe opisy limitów niskiego momentu obrotowego oraz efektów p.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Jednym z głównych celów opracowania niniejszego protokołu jest wykazanie, że nadaje się on do charakterystyki reologicznej śluzu z GR w sytuacjach, gdy dostępne są bardzo małe objętości próbek. Przyznajemy, że do pełnej charakterystyki właściwości reologicznych śluzu z GR konieczne jest pobranie większej liczby próbek z populacji karpia srebrzystego, a dane przedstawione w niniejszej pracy nie stanowią uogólnienia dla całej populacji tego gatunku. Zastosowanie naszej techniki jest uzasadnione jej skutecznością w charakte.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Podziękowania
Autorzy dziękują za wsparcie i finansowanie ze strony GW Center for Biomimetics and Bioinspired Engineering. Dziękujemy profesor L. Patricii Hernandez z Wydziału Nauk Biologicznych Uniwersytetu George'a Washingtona za zainspirowanie badań i ciągłą współpracę, dostarczenie biologicznej wiedzy na temat fizjologii karasia srebrzystego i dostarczenie próbek śluzu. Dziękujemy studentom, Panu Davidowi Palumbo, Pani Carly Cohen, Panu Isaacowi Finbergowi, Panu Dominickowi Petrosino, Panu Alexisowi Renderosowi, Pani Priscilli Varghese, Panu Carterowi Tegenowi i Panu Raghavowi Pajjurowi za pomoc w laboratorium oraz Panu Thomasowi Evansowi i Panu Jamesowi Thomasowi z TA Instrume....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Materiały | |||
| Kim Chusteczki | VWR | 470224-038 | Do czyszczenia próbki z płytki |
| Rękawice | VWR | 89428-750 | Aby zapobiec zanieczyszczeniu próbki |
| Pipeta | VWR | 89079-974 | Do transportu próbki z fiolki do reometru |
| Końcówki do pipet | Thermo Scientific | 72830-042 | Do transportu próbki z fiolki do reometru |
| Wytrząsarka | VWR | 89032-094 | Do jednorodnego mieszania próbki śluzu |
| Fiolki | VWR | 66008-710 | Zawiera zmierzone objętości próbek |
| Waga | Ohaus | Scout – Wagi SPX | Do ważenia masy próbek śluzu |
| < silny> Odczynniki chemiczne< / mocny> | |||
| Woda dejonizowana (H20) - | Płyn | ||
| Sterylny 70% Izopropanol (C3H8O) | VWR | 89108-162 | Ciecz |
| GR Śluz | |||
| 100 mg/ml stężenie, 2mL | - | - | Materiał wiskoelastyczny |
| Stężenie 400 mg / ml, 1 ml | - | materiał lepkosprężysty | |
| Stężenie 200 mg / ml, 1 ml | - | lepkosprężysty | |
| < strong>Software< / strong> | |||
| MATLAB | Mathworks | R2017a | Analiza danych, przetwarzanie końcowe i reprezentacja graficzna |
| Trios | TA Instruments | v4.5.042498 | Oprogramowanie do sterowania i analizy przyrządów reometrycznych |
Bibliografia
- 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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
