Name: macro-rheology characterization of gill raker mucus in the silver carp, hypophthalmichthys molitrix
Uploaded: 2020-07-10T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix at JoVE.com

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.

1. הכנת פתרונות הריר בריכוזים שונים
הערה: שלושה ריכוזים של פתרון ריר (400 מ"ג / מ"ל, 200 מ"ג / מ"ל ו 100 מ"ג / מ"ל עם כרכים משוערים, 1 מ"ל, 1 מ"ל, ו 2 מ"ל, בהתאמה) מוכנים לניסוי זה.
<ol><li>כדי לחשב את המסה של הריר, למדוד את המסה הממוצעת של הבקבוקונים עם (Mעם ריר; מ"ג) וללא ריר (מב...

<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>

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

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 ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional 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

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

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

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

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

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

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

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 ...