המחברים מכירים בתמיכה ובמימון ממרכז GW לביומימטיקה והנדסה ביו-השראה. אנו מודים לפרופסור ל. פטרישיה הרננדז מהמחלקה למדעי הביולוגיה באוניברסיטת ג'ורג ' וושינגטון על שנתנה השראה לחקירה ולשיתוף הפעולה המתמשך, סיפקה מומחיות ביולוגית בפיזיולוגיה של קרפיון הכסף ואספקת דגימות הריר. אנו מודים לתלמידים, מר דיוויד פלומבו, גברת קרלי כהן, מר אייזק פינברג, מר דומיניק פטרוסינו, מר אלקסיס רנדרוס, גברת פריסילה ורגזה, מר קרטר טגן ומר רגב פג'ור על עזרתם במעבדה ומר תומאס אוונס ומר ג'יימס תומאס מ"ת"א אינסטרומנטס", "הטירה החדשה", "דה" לתמיכה בהכשרה ותחזוקה של מד הרימון. תמונות עבור איורים 5A,C צולמו במהלך ניתוח שבוצע על ידי פרופסור ל. פטרישיה הרננדז מהמחלקה למדעי הביולוגיה באוניברסיטת ג'ורג 'וושינגטון.

<ol>
	<li>Cohen, K. E., Hernandez, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+complex+trophic+anatomy+of+silver+carp,+Hypophthalmichthys+molitrix,+highlighting+a+novel+type+of+epibranchial+organ.">The complex trophic anatomy of silver carp, Hypophthalmichthys molitrix, highlighting a novel type of epibranchial organ.</a> Journal of Morphology. 279, 1615-1628 (2018).</li><li>Cohen, K. E., Hernandez, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+a+master+filterer:+Ontogeny+of+specialized+filtering+plates+in+silver+carp+(Hypophthalmichthys+molitrix).">Making a master filterer: Ontogeny of specialized filtering plates in silver carp (Hypophthalmichthys molitrix).</a> Journal of Morphology. 279, 925-935 (2018).</li><li>Cremer, M., Smitherman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Food+habits+and+growth+of+silver+and+bighead+carp+in+cages+and+ponds.">Food habits and growth of silver and bighead carp in cages and ponds.</a> Aquaculture. 20 (1), 57-64 (1980).</li><li>Battonyai, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+gill+raker+morphology+and+feeding+habits+of+hybrid+bigheaded+carps+(Hypophthalmichthys+spp.).">Relationship between gill raker morphology and feeding habits of hybrid bigheaded carps (Hypophthalmichthys spp.).</a> Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems. 416, 36 (2015).</li><li>Zhou, Q., Xie, P., Xu, J., Ke, Z., Guo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+food+availability+of+silver+and+bighead+carps:+Evidence+from+stable+isotope+and+gut+content+analysis.">Growth and food availability of silver and bighead carps: Evidence from stable isotope and gut content analysis.</a> Aquaculture Research. 40 (14), 1616-1625 (2009).</li><li>Freedman, J. A., Butler, S. E., Wahl, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Impacts of invasive Asian carps on native food webs (Final Report). , (2012).</li><li>Nico, L., Fuller, P., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Silver carp (Hypophthalmichthys molitrix)-FactSheet. , (2017).</li><li>Walleser, L., Howard, D., Sandheinrich, M., Gaikowski, M., Amberg, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+microscopy+as+a+useful+approach+to+describe+gill+rakers+of+Asian+species+of+carp+and+native+filter-feeding+fishes+of+the+upper+Mississippi+River+system.">Confocal microscopy as a useful approach to describe gill rakers of Asian species of carp and native filter-feeding fishes of the upper Mississippi River system.</a> Journal of Fish Biology. 85 (5), 1777-1784 (2014).</li><li>Nelson, A. Z., Ewoldt, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+yield-stress+fluids:+a+rheology-to-structure+inverse+problem.">Design of yield-stress fluids: a rheology-to-structure inverse problem.</a> Soft Matter. 13, 7578-7594 (2017).</li><li>Chen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheological+Techniques+for+Yield+Stress+Analysis.">Rheological Techniques for Yield Stress Analysis.</a> TA Instruments Applications Note, RH025. , (2020).</li><li>Ewoldt, R. H., Johnston, M. T., Caretta, L. M., Spagnolie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+challenges+of+shear+rheology:+how+to+avoid+bad+data.">Experimental challenges of shear rheology: how to avoid bad data.</a> Complex Fluids in Biological Systems. , (2015).</li><li>Thornton, D. J., Sheehan, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Mucins+to+Mucus:+Toward+a+more+coherent+understanding+of+this+essential+barrier.">From Mucins to Mucus: Toward a more coherent understanding of this essential barrier.</a> Proceedings of the American Thoracic Society. 1, 54-61 (2004).</li><li>Shepard, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functions+for+fish+mucus.">Functions for fish mucus.</a> Reviews in Fish Biology and Fisheries. 4, 401-429 (1994).</li><li>Fern&#225;ndez-Alacid, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+mucus+metabolites+in+response+to+physiological+challenges:+A+valuable+non-invasive+method+to+study+teleost+marine+species.">Skin mucus metabolites in response to physiological challenges: A valuable non-invasive method to study teleost marine species.</a> Science of the Total Environment. 644, 1323-1335 (2018).</li><li>Wagner, C. E., Wheeler, K. M., Ribbeck, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucins+and+Their+Role+in+Shaping+the+Functions+of+Mucus+Barriers.">Mucins and Their Role in Shaping the Functions of Mucus Barriers.</a> Annual Reviews in Cell and Developmental Biology. 34, 189-215 (2018).</li><li>Bird, R. B., Armstrong, R. C., Hassager, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamics of Polymeric Liquids, Volume 1: Fluid Mechanics. , 1255-1284 (1987).</li><li>Mantle, M., Allen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+characterisation+of+the+native+glycoprotein+from+pig+small+intestinal+mucus.">Isolation and characterisation of the native glycoprotein from pig small intestinal mucus.</a> Biochemical Journal. 195, 267-275 (1981).</li><li>Allen, A., Hutton, D. A., Pearson, J. P., Sellers, L. A., Nugent, J., O'Conner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucus+glycoprotein+structure,+gel+formation+and+gastrointestinal+mucus+function.">Mucus glycoprotein structure, gel formation and gastrointestinal mucus function.</a> Mucus and Mucosa (Ciba Foundation Symposium). , 137-156 (1984).</li><li>Asakawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Histochemical+studies+of+the+mucus+on+the+epidermis+of+eel,+Anguillajaponica.">Histochemical studies of the mucus on the epidermis of eel, Anguillajaponica.</a> Bulletin of Japanese Society of Scientific Fisheries. 36, 83-87 (1970).</li><li>Fletcher, T. C., Jones, R., Reid, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+glycoproteins+in+goblet+cells+of+epidermis+and+gill+of+plaice+(Pleuroneces+platessa+L.),+flounder+(Platichthys+flesus+(L.))+and+rainbow+trout+(Salmo+gairdneri+Richardson).">Identification of glycoproteins in goblet cells of epidermis and gill of plaice (Pleuroneces platessa L.), flounder (Platichthys flesus (L.)) and rainbow trout (Salmo gairdneri Richardson).</a> Histochemical Journal. 8, 597-608 (1976).</li><li>Silberberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucus+glycoprotein,+its+biophysical+and+gel+forming+properties.">Mucus glycoprotein, its biophysical and gel forming properties.</a> Symposia of the Society for Experimental Biology. 43, 43-64 (1989).</li><li>Hills, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Biology of Surfactants. , 408 (1988).</li><li>Aubert, H., Brook, A. J., Shephard, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+adhesion+of+a+desmid+to+a+substrate.">Measurement of the adhesion of a desmid to a substrate.</a> British Phycology Journal. 24, 293-295 (1989).</li><li>Sanderson, S. L., Cech, J. J., Patterson, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+dynamics+in+suspension+feeding+black+fish.">Fluid dynamics in suspension feeding black fish.</a> Science. 251, 1346-1348 (1991).</li><li>Lai, S. K., Wang, Y. Y., Wirtz, D., Hanes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-+and+macrorheology+of+mucus.">Micro- and macrorheology of mucus.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 61 (2), 86-100 (2009).</li><li>Chaudhary, G., Ewoldt, R. H., Thiffeault, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unravelling+hagfish+slime.">Unravelling hagfish slime.</a> Journal of Royal Society Interface. 16 (150), 20180710 (2019).</li><li>Downing, S., Salo, W., Spitzer, R., Koch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hagfish+slime+gland:+a+model+system+for+studying+the+biology+of+mucus.">The hagfish slime gland: a model system for studying the biology of mucus.</a> Science. 214, 1143-1145 (1981).</li><li>Hwang, S. H., Litt, M., Forsman, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheological+properties+of+mucus.">Rheological properties of mucus.</a> Rheologica Acta. 8, 438-448 (1969).</li><li>Litt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucus+rheology.">Mucus rheology.</a> Archives of Internal Medicine. 126, 417-423 (1970).</li><li>Quarishi, M. S., Jones, N. S., Mason, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+rheology+of+nasal+mucus:+a+review.">The rheology of nasal mucus: a review.</a> Clinical Otolaryngology. 23, 403-413 (1998).</li><li>Nordg&#229;rd, C. T., Draget, K. I., Seternes, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheology+of+salmon+skin+mucus.">Rheology of salmon skin mucus.</a> Annual Transactions - The Nordic Rheology Society. 23, 175-179 (2015).</li><li>Fern&#225;ndez-Alacid, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+properties+of+dorsal+and+ventral+skin+mucus+in+Senegalese+sole:+Response+to+an+acute+stress.">Comparison between properties of dorsal and ventral skin mucus in Senegalese sole: Response to an acute stress.</a> Aquaculture. 513, 734410 (2019).</li><li>Y&#252;ce, C., Willenbacher, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+in+Rheological+Characterization+of+Highly+Concentrated+Suspensions+-+Case+Study+for+Screen-printing+Silver+Pastes.">Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions - Case Study for Screen-printing Silver Pastes.</a> Journal of Visualized Experiments. (122), e55377 (2017).</li><li>Sultan, S., Mathew, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printed+Porous+Cellulose+Nanocomposite+Hydrogel+Scaffolds.">3D Printed Porous Cellulose Nanocomposite Hydrogel Scaffolds.</a> J. Vis. Exp. (146), (2019).</li><li>Barnes, H. A., Hutton, J. F., Walters, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Rheology. , (1989).</li><li>USGS Current Conditions for USGS 06910450 Missouri River at Jefferson City, MO. U.S. Geological Survey Available from: <a target="_blank" href="https://nwis.waterdata.usgs.gov/usa/nwis/uv/?cb_00010=on&amp;cb_00060=on&amp;cb_00065=on&amp;format=gif_default&amp;site_no=0691045&amp;p09-19&amp;end_date=2018-09-21">https://nwis.waterdata.usgs.gov/usa/nwis/uv/?cb_00010=on&amp;cb_00060=on&amp;cb_00065=on&amp;format=gif_default&amp;site_no=0691045&amp;p09-19&amp;end_date=2018-09-21</a> (2020)</li></ol>

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.

אחת המטרות העיקריות של פיתוח פרוטוקול זה היא לקבוע כי הוא מתאים היטב לאפיון ריולוגי של ריר GR כאשר נפחי מדגם קטנים מאוד זמינים. אנו מכירים בכך שנדרשות דגימות נוספות מבית ספר לקרפיון כסף כדי לאפיין באופן מלא את התכונות הרוולוגיות של ריר GR והנתונים המוצגים כאן אינם הכללה על פני כל אוכלוסיית ק...

קרפיון הכסף, Hypophthalmichthys molitrix, הוא מאכיל מסננים פלנקטיבים ומין פולש שחדר למספר נתיבי מים טבעיים בארצות הברית. מין זה הוצג בתחילה באגן נהר המיסיסיפי העליון כדי לשלוט בפריחת האצות1,2,3. קרפיון הכסף הוא מאכיל יעיל ביותר. בדרך כלל, גדלי חלקיקי המזון המתכלים שלה נעים בין 4 ל 20 מיקרומטר לזואופלנקטון גדול יותר שהם סביב 80 מיקרומטר3,4,5. מין זה עלה על דגים מקומיים אחרים ועלול לגרום נזק עצום לנתיבי מים מקומיים על ידי הגבלתהמשאבים הזמינים 1,2,6. לכן, מסנן האכלת דגים כגון קרפיון כסף קרפיון bighead מהווים איום גדול על האגמים הגדולים1,2,6,7,8.
דגי סינון יש איברים מיוחדים הנקראים זימים rakers (GRs) עם שכבה דקה של ריר המתגורר על פני השטח שלהם. איברים אלה לשפר את היעילות של סינון וצבירה של חלקיקים קטנים מן הנוזל הנכנס. מטרת הפרוטוקול המוצג כאן היא לאפיין את הנכס החומרי הלא-ניוטוני, גיסת דילול ולהניב מתח של ריר GR שנרכש מפני השטח הפנימיים של rakers זימים בקרפיון הכסף. הערך של לחץ התשואה של ריר GR, התברר באמצעות rheometer סיבובי, הוא עניין במחקר זה. לחץ התשואה הנמדד המכונה גם "לחץ התשואה לכאורה" תלוי בשיטות הבדיקה כגון קצב גיליון יציב - או זן תנודות דינמי סוג9,10. דילול הגיסה, 'נוזל תשואה-מתח', עובר מעבר מהתנהגות מוצקה דמוית נוזל בלחץ יישומי קריטי9,11. לחץ התשואה לכאורה הוא לחץ הגיסה המינימלי הנדרש כדי ליזום זרימה או שבו עיוות פלסטיק בלתי הפיך נצפה לראשונה כאשר הריר עובר מחומר דמוי ג'ל לחומר דמוי נוזל. התנהגות זו ניתן לראות בחומרים צמיגים מובנים. המעבר מהתנהגות דמוית ג'ל להתנהגות דמוית נוזל של ריר GR כרוך בשתי פונקציות כלומר, תפקיד דבק לאיסוף חלקיקי מזון ותפקיד רכב תובלה כדי לסייע בתהליך המסירה והסינון החלקיקים. הפונקציה המורחבת של הריר כוללת יצירת מחסומי דיפוזיה בעמידות למחלות ונשימה, מתן שחרור מבוקר של גורמים תזונתיים, רכיבים רעילים ופרישה, יצירת מסלולים מטבוליים להאכלה וקינון, סיוע בהגנה מפני טורפים, והפקת שינויים בשכבת הגבול המשפרים את הקטר ויעילות ההנעה12,13,14.
שלא כמו נוזלים פשוטים, נוזלים מורכבים כמו ריר יש תכונות המשתנות עם תנאי הזרימה ודורשים פרמטרי מדידה נוספים כדי להגדיר את ההתנהגות הגופנית בקנה מידה בתפזורת שלהם. כדי לפקח על הצמיגות ואת הלחץ התשואה של ריר GR, מדידות רולוגיות מבוצעות באמצעות rheometer סיבוב. הרומד הסיבובי מחיל מתח או מאמץ גיזום יציבים או מתנדנדים באמצעות דיסק מסתובב במגע עם דגימת הנוזל ומודד את תגובתו. הרציונל מאחורי שימוש במכשיר וטכניקה זו הוא כי rheometer יכול לספק קבוצה של מדידות כדי לתאר את המאפיינים החומריים של ריר GR של קרפיון הכסף, אשר לא ניתן להגדיר על ידי צמיגות בלבד.
הריר הוא חומר ויסקולאסטי ותגובתו המכנית לעיוות שנכפה היא בין זו של מוצק טהור (הנשלט על ידי חוק האלסטיות של הוק) לבין זה של נוזל טהור (הנשלט על ידי חוק הצמיגות שלניוטון) 15,16. הרשת המקרומולקולרית המורכבת הכלולה בתוך הריר יכולה להימתח ולכוון מחדש בתגובה לכוחות חיצוניים או לעיוות. רומטר סיבובי מורכב מגיאומטריית חרוט ולוח פלטייה כפי שמוצג באיור 1 ובאיור 2 (ראו טבלה 1 למפרט מכשור). מטרת המחקר הזה הייתה לפתח פרוטוקול כדי לקבוע את המאפיינים הרוולוגיים של ריר GR. יתרון של ריומטר הסיבוב על פני ויסקומטר הוא היכולת שלו לבצע מדידות דינמיות באמצעות אמצעי אחסון מדגם קטנים. נפח דגימת הריר GR במחקר זה היה כ 1.4 מ"ל. הצמיג, לעומת זאת, מוגבל לשיעורי גיזום קבועים ודורש נפחי דגימה גדולים.
המאפיינים הרולוגיים של הריר צפויים להשתנות מאוד בתוך האנטומיה קרפיון כסף. לדוגמה, המאפיינים של הריר המתגורר על משטחי GR עשויים להיות שונים מהאיבר האפיברנצ'י. כדי להסביר את השונות הפוטנציאלית של תכונות ריר באזורים שונים של הדג, מדגם ריר GR שנרכש היה מדולל, ופתרונות של שלושה ריכוזים נוצרו ונבדקו באמצעות rheometer הסיבוב.. הנתונים והתוצאות לגבי ריר rheology שדווחו לאחר ביצוע הפרוטוקול הדגימו את היעילות של טכניקת המדידה. נתוני ההמחשה המוצגים במאמר זה אינם אמורים להיות כלליים בכל אוכלוסיית קרפיון הכסף. הפרוטוקול המוצג כאן ניתן להרחיב כדי לחקור rheology ריר על פני ערכות מדגם גדולות יותר כדי לבדוק השערות אחרות.
מטרת מחקר זה היא להדגים את השונות של תכונות ריר GR עם שלושה ריכוזי ריר שונים (400 מ"ג / מ"ל, 200 מ"ג / מ"ל ו 100 מ"ג / מ"ל). ריכוז 400 מ"ג/מ"ל מייצג את דגימת הריר הגולמית שנקצרה מהדג GRs. מים דהיוניים (DI) שימשו לדלל את דגימת הריר הגולמי ל-200 מ"ג/מ"ל ו-100 מ"ג/מ"ל. דילול דגימות הריר אפשר להעריך את מידת דילול הגיסה ואת לחץ התשואה לכאורה כפונקציה של ריכוז וקביעת הריכוז שבו ריר GR עובר להתנהגות לא ניוטון. שייקר שימש כדי לשבור כל גושים גדולים של ריר בדגימות כדי למתן שגיאות בנתונים הרוולוגיים עקב אי-תום לב.
ברוב בעלי החוליות, כולל דגים, המקרומולקולים היוצרים ריר הם גליקופרוטאין (מוצינים) הנוטים להתנפח במים על ידי הסתבכויות או הצלבה כימית וליצור חומר דמוי ג'ל12,13,17,18,19,20. המקרומולקולרים בעלי המשקל המולקולרי הגבוה, הג'ל ותכולת המים הגבוהים משקפים את החלקלקות בריר13. רמה גבוהה של אינטראקציות בין-מקרומולקולריות מובילה להיווצרות ג'ל ואילו רמות נמוכות יותר של אינטראקציות בין-מקרומולקולריות או קשרים שבורים גורמים לנוזלים בעלי צמיגות גבוהה21.
התהליכים של סינון חלקיקי מזון בדגים האכלת מסנן נעזרים בתכונות הקשורות לריק GR כגון לכידות וצמיגות הקובעים את הפוטנציאל שלה הידבקות וטקטיקה22. כוח ההידבקות על בסיס ריר תלוי באינטראקציות בין-מולקולריות, אלקטרוסטטיות או הידרופוביות ספציפיות23. סנדרסון ואח'24 ערכו מחקר האכלה השעיה בדגים שחורים שבו הם מצאו את הראיות להדבקה על בסיס ריר. הם ציינו כי הידבקות של חלקיקי מזון מושעים עם משטח רירי מלווה בהובלה של גושים מצטברים של חלקיקים הקשורים יחד עם ריר על ידי זרימת מים מכוונת הפועלת עליו24. הריר החשוף לשיעורי זני הגיהה הנוצרים מזרימת מים מאפשר משלוח של חלקיקי מזון לאברי העיכול. טכניקות אנדוסקופיות שימשו להתבונן חלקיקים מסוננים24.
ספרות על מגוון שיעורי הגינוע והגבלות המעשיות בבדיקה הרולוגית של ריר GR היא נדירה. לכן, התבקש הדרכה ממחקרים רולוגיים על קיבה, אף, ריר צוואר הרחם והריאות, ריר עור סלמון, רפש דגי ים, חומר סיכה משטח מפרק העצם שבו האפיון הרואיולוגי ותכונות לא ניוטוניות נחקרו11,12,25,26,27,28,29,30,31. לאחרונה, ההשפעה של ריר עור דגים על קטר ויעילות הנעה נחקרה באמצעות צמיגות קצב הגניסה קבוע. מחקרי ריר עור (ללא כל דילול או הומוגניזציה) הנוגעים לסיברם, בס ים והתנהגות דלה הדגימו התנהגות לא ניוטון בשיעורי גיזמה נמוכים בדרך כלל14.  במחקר אחר הקשור, דגימות ריר העור הגולמי מצדי גב וגחון של הסוליה הסנגלית נמצאו להפגין התנהגות לא ניוטון, המציין צמיגות גבוהה יותר של ריר הגחון בכל שיעורי הגניסה נחשב32. פרוטוקולים ריולוגיים אחרים הנוגעים להתפתחות פיגום הידרוג'ל ועל השעיות מרוכזות מאוד באמצעות ויסקומטר קצב גיסא קבוע דווחו גם בספרות33,34.
במחקר זה, תכונות ריר GR נחקרו באמצעות שיעור זן מבוקר, rheometer סיבובי כי כבר בשימוש נרחב בניסויים rheology על נוזלים ביולוגיים מורכבים25. עבור נוזלים ניוטון, הצמיגות לכאורה נשארת קבועה, היא עצמאית בקצב הגיסתי והלחצים הגניים משתנים באופן ליניארי עם שיעורי המתח הגיזלי(איור 3A,B). עבור נוזלים שאינם ניוטון (כגון נוזלים מדללים) צמיגות תלויה קצב גיסה או תלוית היסטוריה מעוותת(איור 3A, B). אובדן מודולוס (G) מייצג את המידה שבה החומר מתנגד לנטייה לזרום ומייצג צמיגות נוזלים (איור 4). מודולוס האחסון (G') מייצג את הנטייה של החומר לשחזר את צורתו המקורית בעקבות עיוות שנגרם מלחץ והוא שווה ערך לגמישות (איור 4). זווית הפאזה (δ) או ערך משיק אובדן, מחושבת מהטנגנס ההופכי של G"/G'. הוא מייצג את האיזון בין אובדן אנרגיה לאחסון והוא גם פרמטר נפוץ לאפיון חומרים ויסקולאסטיים (δ = 0° עבור מוצק Hookean; δ = 90° עבור נוזל צמיג; δ < 45° עבור מוצק ויסקולאסטי δ > 45° עבור נוזל צמיג) (איור 4)25. לחץ התשואה לכאורה (σy) בנוזלים מובנים מייצג שינוי מצב שניתן לראות בנתונים ריולוגיים מטאטא מצב יציב ומתח דינמי גורף10. אם הלחץ החיצוני מוחל הוא פחות מלחץ התשואה לכאורה, החומר יהיה מעוות אלסטי. כאשר הלחץ עולה על לחץ התשואה המסתמן (מסומן כ"לחץ ממוצע" באיור 3B), החומר יעבור מעיוות אלסטי לפלסטיק ויתחיל לזרום במצבו הנוזלי35. מדידת מודולוס האחסון (G') ואובדן מודולוס (G) בתנאי לחץ מתנדנד (או זן) כימתה את השינוי במצב החומרי מהתנהגות דמוית ג'ל להתנהגות דמוית נוזל ויסקולאסטית.
סוגי בדיקות הרומד המבוצעות לניטור נתונים הנוגעים מודולוס אחסון (G'), מודולוס אובדן (G) וצמיגות לכאורה (η) מתוארים כאן. בדיקות התנודה הדינמיות (מטאטא זן ותדירות גורפת) ניטור G ' ו- G " תחת תנודה מבוקרת של גיאומטריית חרוט. בדיקות סריקת המתח הדינמיות קבעו את האזור הצמיגי הליניארי (LVR) של הריר על ידי ניטור התגובה החומרית המהותית (איור 4). מאמץ גורף שימשו כדי לקבוע את ההתנהגות המניבה בתדירות תנודה מתמדת וטמפרטורה. בדיקות סריקת התדרים הדינמיות עקבו אחר התגובה החומרית להגברת התדירות (קצב העיוות) במשרעת מתמדת (זן או מתח) וטמפרטורה. המתח נשמר באזור הצמיגי הליניארי (LVR) לבדיקות סריקת התדרים הדינמיות. מבחני קצב הגיור של מצב יציב עקבו אחר הצמיגות לכאורה (η) תחת סיבוב קבוע של גיאומטריית החרוט. ריר GR היה נתון לצעדי לחץ מצטברים וצמיגות לכאורה (η, Pa.s) היה במעקב עבור קצב גניסיה משתנה (ý, 1/s).
הפרוטוקול המוצג במאמר זה מתייחס ריר GR כחומר מובנה מורכב של צמיגות לא ידועה עם טווח תגובה צמיגי ליניארי מסוים. ריר הדגים חולץ מהרופאים הכלליים של קרפיון הכסף במהלך מסע דיג במיקום הארט קריק בנהר מיזורי על ידי פרופסור ל. פטרישיה הרננדז (המחלקה למדעי הביולוגיה, אוניברסיטת ג'ורג ' וושינגטון) 1,2,36.  באיור 5A מוצג מערך של GRs בתוך פיו של קרפיון כסף, וציור סכמטי מוצג באיור 5B. GR שנכרת מוצג באיור 5C.  הפקת ריר מ- GRs של קרפיון הכסף מוצגת כדוגמה בציורים הסכמטיים, איור 5D, E. כל בדיקות הרומטר בוצעו בטמפרטורה קבועה ומבוקרת של 22 ± 0.002 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה שנרשמה באתר הדיג1,2,36.  כל דגימת ריר נבדקה שלוש פעמים עם הרומד, והתוצאות הממוצעות מוצגות יחד עם סרגלי השגיאה הסטטיסטיים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:888px;" width="887">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:191px;">Materials</td>
			<td style="width:245px;"></td>
			<td style="width:191px;"></td>
			<td style="width:261px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Kim Wipes</td>
			<td style="width:245px;">VWR</td>
			<td style="width:191px;">470224-038</td>
			<td style="width:261px;">To clean Sample from plate</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Gloves</td>
			<td style="width:245px;">VWR</td>
			<td style="width:191px;">89428-750</td>
			<td style="width:261px;">To prevent contamination of sample</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:191px;">Pipette</td>
			<td style="width:245px;">VWR</td>
			<td style="width:191px;">89079-974</td>
			<td style="width:261px;">To transport sample from vial to rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:191px;">Pipette Tips</td>
			<td style="width:245px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:191px;">72830-042</td>
			<td style="width:261px;">To transport sample from vial to rheometer</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:191px;">Shaker</td>
			<td style="width:245px;">VWR</td>
			<td style="width:191px;">89032-094</td>
			<td style="width:261px;">To homogenously mix sample of mucus</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Vials</td>
			<td style="width:245px;">VWR</td>
			<td style="width:191px;">66008-710</td>
			<td style="width:261px;">Contains measured sample volumes</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Weigh Scale</td>
			<td style="width:245px;">Ohaus</td>
			<td style="width:191px;">Scout &#8211;SPX Balances</td>
			<td style="width:261px;">To weigh mass of mucus samples</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Chemical Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:191px;">De-Ionized Water (H20)</td>
			<td style="width:245px;">-</td>
			<td style="width:191px;">-</td>
			<td style="width:261px;">Liquid</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:191px;">Sterile 70% Isopropanol (C3H8O)</td>
			<td style="width:245px;">VWR</td>
			<td style="width:191px;">89108-162</td>
			<td style="width:261px;">Liquid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">GR Mucus</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:191px;">100 mg/mL concentration, 2mL</td>
			<td style="width:245px;">-</td>
			<td style="width:191px;">-</td>
			<td style="width:261px;">Viscoelastic Material</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:191px;">400 mg/mL concentration, 1mL</td>
			<td style="width:245px;">-</td>
			<td style="width:191px;">-</td>
			<td style="width:261px;">Viscoelastic Material</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:191px;">200 mg/mL concentration, 1mL</td>
			<td style="width:245px;">-</td>
			<td style="width:191px;">-</td>
			<td style="width:261px;">Viscoelastic Material</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:191px;">Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:191px;">MATLAB</td>
			<td style="width:245px;">Mathworks</td>
			<td style="width:191px;">R2017a</td>
			<td style="width:261px;">Data analysis, post-processing and graphical representation</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:191px;">Trios</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td style="width:191px;">v4.5.042498</td>
			<td style="width:261px;">Rheometer instrument control and analysis software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

macro-rheology characterization of gill raker mucus in the silver carp, hypophthalmichthys molitrix

קרפיון הכסף, Hypophthalmichthys molitrix, הוא דג מאכיל פלנקטיבים פולשניים שפשטו על נתיבי המים הטבעיים של אגן נהר המיסיסיפי העליון בשל מנגנון האכלת המסננים היעיל ביותר שלו. האיברים האופייניים הנקראים זימים rakers (GRs), נמצא רבים כאלה מסננים מזינים, להקל על סינון יעיל של חלקיקי מזון כגון פיטופלנקטון כי הם של כמה מיקרונים בגודל.
המוטיבציה לחקור את הריאולוגיה של ריר GR נובעת מהרצון שלנו להבין את תפקידה בסיוע לתהליך האכלת המסנן בקרפיון הכסוף. הנוזל העשיר ולר, במצב 'עבה ודביק' עשוי להקל על הידבקות של חלקיקי מזון. חלחלות ותחבורה דרך קרום GR מתאפשרים על ידי פעולה של כוחות גיסת חיצוניים הגורמים שיעורי זנית שונים. לכן, ריר rheology יכול לספק רמז חיוני לאופי outcompeting עצום של קרפיון כסף בתוך הבריכה של מסנן האכלת דגים. בהתבסס על כך הועלתה כי ריר GR עשוי לספק פונקציית דבק לחלקיקי מזון ולשמש כרכב תובלה כדי לסייע בתהליך האכלת המסנן.
המטרה העיקרית של הפרוטוקול היא לקבוע את לחץ התשואה של הריר, המיוחס ללחץ הגניסה המינימלי הנדרש כדי ליזום זרימה שבה עיוות פלסטיק בלתי הפיך נצפה לראשונה על פני חומר צמיג מובנה. בהתאם לכך, תכונות ריאולוגיות של ריר GR, כלומר, צמיגות, אחסון, ואובדן מודולי, נחקרו על אופיו הלא ניוטוני, גיסת דילול באמצעות ריומטר סיבובי.
פרוטוקול המוצג כאן משמש כדי לנתח את המאפיינים הרולוגיים של ריר שחולצו מ rakers זימים של קרפיון כסף, דג במיקום הארט קריק של נהר מיזורי. הפרוטוקול שואף לפתח אסטרטגיה יעילה לבדיקות רולוגיות ואפיון חומרי של ריר הניח להיות חומר צמיג מובנה.

בסעיף זה, אנו מציגים את תוצאות הניסויים על ריר GR באמצעות ריומטר סיבובי עם גיאומטריית חרוט (קוטר 40 מ"מ, 1 ° 0 ' 11 '') וצלחת פלטייה. הניסויים סייעו לאפיין את ההתנהגות הלא-ניוטון, מדללת הגיוז של ריר ה- GR ואת לחץ התשואה לכאורה המתאר את המעבר של הריר מחומר דמוי ג'ל לחומר דמוי נוזל. התוצאות הייצוגיות כרו...

Watch this Scientific Journal Video about Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix at JoVE.com

Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix

פרוטוקול זה מציג שיטה לביצוע אפיון ריר של ריר הנימק על זימים rakers (GRs) של קרפיון כסף. מאפיינים ויסקולאסטיים של GR-ריר, המתקבלים על ידי מדידת צמיגות, אחסון ואובדן מודולי, מוערכים עבור מתח התשואה לכאורה כדי להבין את מנגנון האכלת המסנן ב- GRs.

אפיון מאקרו-ריאולוגיה של ריר גיל רייקר בקרפיון הכסף, היפופתלמיכטיס מוליטריקס

The silver carp, Hypophthalmichthys molitrix, is an invasive planktivorous filter feeder fish that infested the natural waterways of the upper Mississippi ...

macro-rheology-characterization-gill-raker-mucus-silver-carp

Research

JoVE Journal

Engineering

Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix

3.0K Views.  The George Washington University. פרוטוקול זה מציג שיטה לביצוע אפיון ריר של ריר הנימק על זימים rakers (GRs) של קרפיון כסף. מאפיינים ויסקולאסטיים של GR-ריר, המתקבלים על ידי מדידת צמיגות, אחסון ואובדן מודולי, מוערכים עבור מתח התשואה לכאורה כדי להבין את מנגנון האכלת המסנן ב- GRs.

Video: Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

שיטה לפברק ננו כסף המנותק ב-3D

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

אפיון של תחבורה תרמית בחומרים מוצקים חד ממדיים

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

בנייה ואפיון חיצוני לייזרי חלל דיודה לפיסיקה אטומית

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via stereotactic radiotherapy where positioning accuracy allows delivering very high doses per fraction in a small volume of the patient. Dosimetric measurements on medical accelerators are conventionally realized using air-filled ionization chambers. However, in small beams these are subject to nonnegligible perturbation effects. This study focuses on liquid ionization chambers, which offer advantages in terms of spatial resolution and low fluence perturbation. Ion recombination effects are investigated for the microLion detector (PTW) used with the Cyberknife system (Accuray). The method consists of performing a series of water tank measurements at different source-surface distances, and applying corrections to the liquid detector readings based on simultaneous gaseous detector measurements. This approach facilitates isolating the recombination effects arising from the high density of the liquid sensitive medium and obtaining correction factors to apply to the detector readings. The main difficulty resides in achieving a sufficient level of accuracy in the setup to be able to detect small changes in the chamber response.

A growing number of radiation therapy devices offer the advantage of delivering the dose through very small beams to the tumor, allowing for increased conformity and higher doses per fraction. Many different detectors can be used for the dosimetry of these small fields. In the present study, the effect of ion recombination is investigated for a liquid ionization chamber using a stereotactic radiation therapy system.

אפיון השפעות רקומבינציה בנוזלי יינון קאמרי משמש לdosimetry של מאיץ radiosurgical

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

הדמיה ניגודיות אלקטרונים תקשור לראפיד III-V Heteroepitaxial אפיון

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we outline a novel process for producing bulk surface debris using a high temperature furnace. The material developed in this study is physically and chemically similar to trinitite (the melt glass produced by the first nuclear test). This synthetic nuclear melt glass is assumed to be similar to the vitrified material produced near the epicenter (ground zero) of any surface nuclear detonation in a desert environment. The process outlined here can be applied to produce other types of nuclear melt glass including that likely to be formed in an urban environment. This can be accomplished by simply modifying the precursor matrix to which this production process is applied. The melt glass produced in this study has been analyzed and compared to trinitite, revealing a comparable crystalline morphology, physical structure, void fraction, and chemical composition.

A protocol for the production of synthetic nuclear melt glass, similar to trinitite, is presented.

ייצור סינטטי גרעינית ממיסים זכוכית

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of stretchable electronic devices is the preparation of stretchable conductors with great mechanical stability. In this study, we developed a simple fabrication method to chemically solder the contact points between silver nanowire (AgNW) networks. AgNW nanomesh was first deposited on a glass slide via spray coating method. A reactive ink composed of silver nanoparticle (AgNPs) precursors was applied over the spray coated AgNW thin films. After heating for 40 min, AgNPs were preferentially generated over the nanowire junctions to solder the AgNW nanomesh, and reinforced the conducting network. The chemically modified AgNW thin film was then transferred to polyurethane (PU) substrates by casting method. The soldered AgNW thin films on PU exhibited no obvious change in electrical conductivity under stretching or rolling process with elongation strains up to 120%.

A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.

שיטת ייצור למוליכים מאוד מתיחה עם Nanowires הכסף

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...