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

Yazarlar GW Biyomimetik ve Biyoinspired Mühendislik Merkezi'nden destek ve finansman kabul ediyorlar. George Washington Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden Profesör L. Patricia Hernandez'e soruşturmaya ve devam eden işbirliğine ilham verdiği, gümüş sazanın fizyolojisi konusunda biyolojik uzmanlık sağladığı ve mukus örneklerini sağladığı için teşekkür ediyoruz. Öğrencilere, Bay David Palumbo, Bayan Carly Cohen, Bay Isaac Finberg, Bay Dominick Petrosino, Bay Alexis Renderos, Bayan Priscilla Varghese, Bay Carter Tegen ve Bay Raghav Pajjur'a laboratuvardaki yardımları için ve Ta Instruments, New Castle, DE'den Bay Thomas Thomas'a reometrenin eğitimi ve bakımı konusunda destek için teşekkür ederiz. Şekil 5A,C için görüntüler, George Washington Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden Profesör L. Patricia Hernandez tarafından gerçekleştirilen bir diseksiyon sırasında çekildi.

1. Çeşitli konsantrasyonlardaki mukus çözeltilerinin hazırlanması
NOT: Bu deney için üç konsantrasyon mukus çözeltisi (sırasıyla 400 mg/mL, 200 mg/mL ve yaklaşık hacimli 100 mg/mL, 1 mL, 1 mL ve 2 mL) hazırlanır.
<ol><li>Mukus kütlesini hesaplamak için, şişelerin ortalama kütlesini (Mile mukus ile ) ölçün; mg) ve mukusssuz (Mşişeleri ; mg). Daha sonra mukus olmadan mukuslu şişelerin kütlesini çıkarın...

<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>

Bu protokolü geliştirmenin temel amaçlarından biri, çok küçük örnek hacimler mevcut olduğunda GR mukusun reolojik karakterizasyonu için uygun olduğunu belirlemektir. GR mukusun reolojik özelliklerini tam olarak karakterize etmek için gümüş sazan okulundan daha fazla örneğe ihtiyaç duyulduğunu ve burada sunulan verilerin tüm gümüş sazan popülasyonu genelinde bir genelleme olmadığını kabul ediyoruz. Tekniğimiz, küçük numune hacimlerinin reolojik karakterizasyonu ve daha büyük mukus örne...

Gümüş sazan, Hypophthalmichthys molitrix, planktivor bir filtre besleyici ve Amerika Birleşik Devletleri'nde birkaç doğal su yoluna sızmış istilacı bir türdür. Bu tür başlangıçta alg çiçeklenmelerini kontrol etmek için yukarı Mississippi Nehri havzasında tanıtıldı1,2,3. Gümüş sazanı son derece verimli bir besleyicidir. Tipik olarak, tüketilebilir gıda partikül boyutları 4 ila 20 μm arasında değişmektedir ve yaklaşık 80 μm3,4,5olan daha büyük zooplanktonlardır. Bu tür diğer yerli balıkları geride sağlamıştır ve mevcut kaynakları1,2,6sınırlayarak yerel su yollarına büyük zarar verebilir. Bu nedenle, gümüş sazanı ve kocabaş sazanı gibi filtre besleme balıkları Büyük Göller 1 , 2,6,7,8için büyük bir tehdit oluşturur.
Filtre besleme balıkları, yüzeylerinde bulunan ince bir mukus tabakası ile solungaç tırmıkları (GR) adı verilen özel organlara sahiptir. Bu organlar, gelen sıvıdan gelen küçük parçacıkların filtrasyon ve toplanmasının verimliliğini artırır. Burada sunulan protokolün amacı, newton olmayan, kesme inceltici malzeme özelliğini karakterize etmek ve gümüş sazandaki solungaç rakerlerinin iç yüzeyinden elde edilen GR mukusun verim stresini karakterize etmektir. Rotasyonel bir reometre kullanılarak tespit edilen GR-mukus verim stresinin değeri bu çalışmada ilgi çekicidir. "Belirgin verim stresi" olarak da adlandırılan ölçülen verim stresi, sabit kesme hızı veya dinamik salınımlı gerinim tipi9,10gibi testyöntemlerinebağlıdır. Kesme inceltme, 'verim-stres sıvısı', kritik bir uygulamalı stres9,11'dekatı benzeri davranıştan sıvı benzeri davranışa geçişten geçer. Belirgin verim stresi, akışı başlatmak için gereken minimum kesme stresidir veya mukus jel benzeri bir malzemeden sıvı benzeri bir malzemeye geçtiğinde geri dönüşü olmayan plastik deformasyonun ilk gözlendiği şeydir. Bu davranış yapılandırılmış viskoelastik malzemelerde gözlenebilir. GR mukusunun jel benzeri davranışından sıvı benzeri davranışına geçiş, iki işlev gerektirir, yani gıda partiküllerini toplamak için yapışkan bir rol ve partikül teslimatı ve filtrasyon sürecine yardımcı olmak için bir nakliye aracı rolü. Mukusun genişletilmiş işlevi, hastalık direnci ve solunumunda difüzyon bariyerleri oluşturmayı, beslenme faktörlerinin, toksik bileşenlerin ve atılımın kontrollü salınımını sağlamayı, beslenme ve yuvalama için metabolik yollar oluşturmayı, avcı korumasına yardımcı çalışmayı ve hareket ve itici verimliliği artıran sınır katmanı modifikasyonları üretmeyi içerir12,13,14.
Basit sıvıların aksine, mukus gibi karmaşık sıvılar akış koşullarına göre değişen özelliklere sahiptir ve toplu ölçek fiziksel davranışlarını tanımlamak için ek ölçüm parametreleri gerektirir. GR mukus viskozitesini ve verim stresini izlemek için reolojik ölçümler rotasyonel bir reometre kullanılarak gerçekleştirilir. Rotasyonel reometre, sıvı örneğiyle temas eden dönen bir disk vasıtasıyla sabit veya salınımlı bir kesme gerilimi veya gerinim uygular ve yanıtını ölçer. Bu enstrümanı ve tekniği kullanmanın arkasındaki mantık, reometrenin gümüş sazanının GR mukusunun malzeme özelliklerini tanımlamak için bir dizi ölçüm sağlayabilmesidir, bu da tek başına viskozite ile tanımlanamaz.
Mukus viskoelastik bir malzemedir ve dayatılmış bir deformasyona karşı mekanik tepkisi saf bir katının (Hooke'un esneklik yasasına tabidir) ve saf bir sıvının (Newton'un viskozite yasasına tabidir)arasında 15,16. Mukusun içinde bulunan karmaşık makromoleküler ağ, dış güçlere veya deformasyona yanıt olarak uzayabilir ve yeniden yönlendirilebilir. Dönme reometresi, Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterildiği gibi bir koni geometrisi ve bir Peltier plakasından oluşur (enstrümantasyon özellikleri için bkz. Tablo 1). Bu çalışmanın amacı GR mukusunun reolojik özelliklerini belirlemek için bir protokol geliştirmekti. Rotasyonel reometrenin bir viskometreye göre bir avantajı, küçük numune hacimlerini kullanarak dinamik ölçümler yapabilmesidir. Bu çalışmada GR mukus örneklemi yaklaşık 1.4 mL idi. Öte yandan, viskometre sabit kesme hızları ile sınırlıdır ve büyük numune hacimleri gerektirir.
Mukusun reolojik özelliklerinin gümüş saza anatomisi içinde büyük ölçüde değişmesi beklenir. Örneğin, GR yüzeylerinde bulunan mukus özellikleri epibranchial organdan farklı olabilir. Balığın farklı bölgelerindeki mukus özelliklerinin potansiyel değişkenliğini hesaba katmak için, elde edilen GR mukus örneği seyreltildi ve rotasyonel reometre kullanılarak üç konsantrasyonda çözeltiler oluşturuldu ve test edildi.. Protokolün yürütülmesinden sonra bildirilen mukus reolojisi ile ilgili veriler ve sonuçlar ölçüm tekniğinin etkinliğini göstermiştir. Bu makalede sunulan açıklayıcı veriler tüm gümüş saza popülasyonu genelinde genelleştirilmemiştir. Burada sunulan protokol, diğer hipotezleri test etmek için daha büyük örnek kümelerinde mukus reolojisini araştırmak için genişletilebilir.
Bu çalışmanın amacı GR mukus reolojisinin reolojik özelliklerinin üç farklı mukus konsantrasyonu (400 mg/mL, 200 mg/mL ve 100 mg/mL) ile varyasyonunun ortaya koymaktır. 400 mg/mL konsantrasyonu, balık GR'lerinden hasat edilen ham mukus örneğini temsil eder. Mukus örneklerinin seyreltilmesi, kesme inceltme derecesinin ve belirgin verim stresinin konsantrasyonun bir işlevi olarak değerlendirilmesine ve GR mukusunun Newton olmayan davranışlara geçiş konsantrasyonunun belirlenmesine izin verdi. Bir çalkalayıcı, romatolojik verilerdeki hataları azaltmak için örneklerdeki büyük mukus kümelerini parçalamak için kullanıldı.
Balıklar da dahil olmak üzere çoğu omurgalıda, baskın mukus oluşturan makromoleküller, dolanıklıklar veya kimyasal çapraz bağlama ile suda şişme eğiliminde olan ve jel benzeri bir malzeme oluşturan glikoproteinlerdir (mucinler)12,13,17 ,18,19,20. Yüksek moleküler ağırlıklı, jel oluşturan makromoleküller ve yüksek su içeriği mukustaki kayganlığı yansıtır13. Makromoleküler etkileşimlerin yüksek derecede jel oluşumuna yol haline, düşük makromoleküler etkileşim seviyeleri veya kırık bağlar yüksek viskoziteli sıvılarla sonuçlanır21.
Filtre besleme balıklarında gıda partikül filtrasyonu süreçleri, yapıştırma potansiyelini belirleyen uyum ve viskozite gibi GR mukusla ilgili özellikler tarafından desteklenir ve22. Mukus bazlı yapışma kuvveti spesifik intermoleküler, elektrostatik veya hidrofobik etkileşimlere bağlıdır23. Sanderson ve ark.24, karabalıkta mukus bazlı yapışıklık için kanıt buldukları bir süspansiyon besleme çalışması yaptı. Askıya alınmış gıda partiküllerinin mukozal bir yüzeye yapışmasının, mukusla birbirine bağlanmış partiküllerin birleştirilmiş kümelerinin yönlendirilmiş su akışı ile taşınması ile takip edildiğini belirttiler24. Su akışından kaynaklanan kesme gerinim oranlarına maruz kalan mukus, gıda partiküllerinin sindirim organlarına teslimini kolaylaştırır. Filtrelenmiş parçacıkları gözlemlemek için endoskopik teknikler kullanılmıştır24.
GR mukus reolojik testinde kesme oranları ve pratik sınırlar aralığına ilişkin literatür azdır. Bu nedenle, mide, burun, servikal ve akciğer mukusu, somon derisi mukus, hagfish slime ve kemik-eklem yüzey yağı üzerinde yapılan reolojik çalışmalardan rehberlik arandı ve burada reolojik karakterizasyon ve Newton olmayan özelliklerincelendi 11,12,25 , 26,27,28,29,30,31. Daha yakın zamanda, balık derisi mukusunun hareket ve itici verimlilik üzerindeki etkisi sabit kesme hızı viskometrisi kullanılarak incelenmiştir. Deniz levreği, levrek ve yetersiz ile ilgili cilt mukus reolojisi çalışmaları (herhangi bir seyreltme veya homojenizasyon olmadan) tipik olarak düşük kesme oranlarında Newton dışı davranışlar göstermiştir14.  İlgili başka bir çalışmada, Senegal tabanının dorsal ve ventral taraflarından alınan ham deri mukus örneklerinin Newton olmayan davranışlar sergilediği ve32olarak kabul edilen tüm kesme oranlarında ventral mukusun daha yüksek viskozitesini gösterdiği bulunmuştur. Hidrojel iskele gelişimi ve sabit bir kesme hızı viskometresi kullanılarak yüksek konsantre süspansiyonlar için diğer reolojik protokoller de literatürdebildirilmiştir 33,34.
Bu çalışmada, GR mukus özellikleri, karmaşık biyolojik sıvılar üzerinde yapılan reoloji deneylerinde yaygın olarak kullanılan gerinim hızı kontrollü, rotasyonel reometre kullanılarak araştırılmıştır25. Newton sıvıları için, görünür viskozite sabit kalır, kesme hızından bağımsızdır ve kesme gerilmeleri kesme gerilme oranlarına göre doğrusal olarak değişir (Şekil 3A, B). Newton dışı sıvılar için (kesme inceltme sıvıları gibi) viskozite kesme hızına veya deformasyon geçmişine bağlıdır (Şekil 3A, B). Kayıp modülü (G"), malzemenin akış eğilimine ne ölçüde direndiği ve akışkan viskozitesini temsil ettiği dereceyi temsil eder (Şekil 4). Depolama modülü (G'), malzemenin stres kaynaklı deformasyonu takiben orijinal şeklini geri kazanma eğilimini temsil eder ve elastikiyete eşdeğerdir (Şekil 4). Faz açısı (δ) veya kayıp teğet değeri, G"/G'nin ters tanjantından hesaplanır. Enerji kaybı ve depolama arasındaki dengeyi temsil eder ve ayrıca viskoelastik malzemeleri karakterize etmek için ortak bir parametredir (Bir Hookean katısı için δ = 0° ; viskoz bir sıvı için δ = 90 ° ; viskoelastik bir katı için 45 ° δ < ve viskoelastik bir sıvı için 45 ° δ >) (Şekil 4)25. Yapılandırılmış sıvılardaki belirgin verim stresi (σy),sabit durum süpürme ve dinamik gerilme-gerinim süpürmelerinden reolojik verilerde gözlemlenebilen bir durum değişikliğini temsil eder10. Harici uygulanan stres belirgin verim stresinden daha azsa, malzeme elastik olarak deforme olur. Stres görünür verim stresini aştığında (Şekil 3B'de"ortalama stres" olarak işaretlenmiştir), malzeme elastikten plastik deformasyona geçiş yapacak ve sıvı durumunda akmaya başlayacaktır35. Salınımlı gerilme (veya gerinim) koşulları altında mukus numuneslerindeki depolama modülünün (G') ve kayıp modüllerinin (G") ölçülmesi, jel benzeri sıvı benzeri davranıştan malzeme durumundaki değişimi ölçer.
Depolama modülü (G'), kayıp modülü (G") ve görünür viskozite (η) ile ilgili verileri izlemek için gerçekleştirilen reometre testlerinin türleri burada açıklanmıştır. Dinamik salınım testleri (gerinim süpürme ve frekans taramaları) koni geometrisinin kontrollü salınımı altında G' ve G" izledi. Dinamik gerinim süpürme testleri, içsel malzeme yanıtını izleyerek mukusun doğrusal viskoelastik bölgesini (LVR) belirledi (Şekil 4). Sabit salınım frekansı ve sıcaklığında verim davranışını belirlemek için gerinim süpürmeleri kullanıldı. Dinamik frekans süpürme testleri, sabit bir genlikte (gerinim veya stres) ve sıcaklıkta artan frekansa (deformasyon oranı) malzeme tepkisini izledi. Dinamik frekans süpürme testleri için doğrusal viskoelastik bölgede (LVR) gerinim korundu. Sabit hal kesme hızı testleri, koni geometrisinin sabit dönüşü altında görünür viskoziteyi (η) izledi. GR mukus artımlı stres adımlarına maruz kaldı ve belirgin viskozite (η, Pa.s) değişen kesme hızı (ý, 1/s) için izlendi.
Bu makalede sunulan protokol, GR mukusunu belirli bir lineer viskoelastik tepki aralığına sahip, viskoelastisitesi bilinmeyen karmaşık yapılandırılmış bir malzeme olarak ele almaktadır. Balık mukusu, Missouri Nehri'ndeki Hart creek mevkiinde bir balık avı sırasında gümüş sazan GR'lerinden Profesör L. Patricia Hernandez (Biyolojik Bilimler Bölümü, George Washington Üniversitesi) 1, 2,36tarafından çıkarıldı.  Şekil 5A'da Gümüş sazanın ağzının içindeki bir dizi GR gösterilir ve Şekil 5B'deşematik bir çizim sunulmuştur. Ekscised GR Şekil 5C'degösterilmiştir.  Gümüş sazan GR'lerden mukus çıkarılması şematik çizimlerde örnek olarak sunulmuştur, Şekil 5D, E. Tüm reometre testleri, 22 ± 0.002 ° C sabit, kontrollü bir sıcaklık altında yapıldı, balıkçılık alanında kaydedilen sıcaklık1,2,36.  Her mukus örneği reometre ile üç kez test edildi ve ortalama sonuçlar istatistiksel hata çubuklarıyla birlikte sunuldu.

<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

Gümüş sazan, Hypophthalmichthys molitrix, yüksek verimli filtre besleme mekanizması nedeniyle yukarı Mississippi Nehri havzasının doğal su yollarını istilacı bir planktivor filtre besleyici balıktır. Bu tür birçok filtre besleyicide bulunan solungaç tırmıkları (GR) adı verilen karakteristik organlar, birkaç mikron büyüklüğündeki fitoplanktonlar gibi gıda parçacıklarının verimli filtrasyonunu kolaylaştırır.
GR mukusun reolojisini araştırma motivasyonu, gümüş sazandaki filtre besleme sürecine yardımcı olmadaki rolünü anlama isteğimizden kaynaklanmaktadır. Mukus bakımından zengin sıvı, 'kalın ve yapışkan' bir durumda gıda partiküllerinin yapışmalarını kolaylaştırabilir. GR membranındaki geçirgenlik ve taşıma, değişen kesme gerilme hızlarını indükleyen dış kesme kuvvetlerinin etkisiyle kolaylaşır. Bu nedenle, mukus reolojisi, filtre besleme balığı havuzu içindeki gümüş sazanın muazzam rekabet edici doğasına dair hayati bir ipucu sağlayabilir. Buna dayanarak, GR mukus'un gıda parçacıklarına yapışkan bir işlev sağlayabileceği ve filtre besleme işlemine yardımcı olmak için bir taşıma aracı olarak hareket edebileceği ortaya atmıştır.
Protokolün temel amacı, yapılandırılmış viskoelastik bir malzemede geri dönüşü olmayan plastik deformasyonun ilk kez gözlendiği akışı başlatmak için gereken minimum kesme stresine atfedilen mukus verim stresini belirlemektir. Buna göre, GR mukusunun reolojik özellikleri, yani viskozite, depolama ve kayıp modülü, dönme reometresi kullanılarak Newton olmayan, kesme inceltici doğası açısından araştırılmıştır.
Burada sunulan bir protokol, Missouri Nehri'nin Hart Creek mevkiinde avlanan gümüş bir sazan balığının solungaç tırmıklarından çıkarılan mukusun reolojik özelliklerini analiz etmek için kullanılır. Protokol, yapılandırılmış viskoelastik bir malzeme olduğu varsayılan mukusların reolojik test ve malzeme karakterizasyonu için etkili bir strateji geliştirmeyi amaçlamaktadır.

Bu bölümde, koni geometrisi (40 mm çapında, 1° 0' 11'' ) ve Peltier plakası ile rotasyonel bir reometre kullanarak GR mukus üzerinde yapılan deneylerin sonuçlarını sunuyoruz. Deneyler, GR mukusunun Newton olmayan, kesme inceltici davranışını ve mukusun jel benzeri bir malzemeden sıvı benzeri bir malzemeye geçişini gösteren belirgin verim stresini karakterize etmeye yardımcı oldu. Temsili sonuçlar, düşük tork sınırlarının nicel açıklamalarını ve rotasyonel reometre enstrümantasyonunun ik...

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

Bu protokol, gümüş sazan solungaç rakers (GR) üzerinde bulunan mukus reoloji karakterizasyonunu gerçekleştirmek için bir yöntem sunar. Viskozite, depolama ve kayıp modülü ölçülerek elde edilen GR-mukusun viskoelastik özellikleri, GR'lerdeki filtre besleme mekanizmasını anlamak için belirgin verim stresi açısından değerlendirilir.

Gümüş Sazan, Hipoftalmichthys molitrix Gill Raker Mucus Makro-Reoloji Karakterizasyonu

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

3D Disconnected Gümüş Nanoyapılar Fabrikasyona için Bir Yöntem

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

Tek boyutlu Katı Malzemelerin Termal Ulaştırma Karakterizasyonu

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

Atom Fiziği Harici Boşluk Diode Lazer İnşaatı ve Karakterizasyonu

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

Sıvı İyonizasyon Odası Rekombinasyon Etkileri Karakterizasyonu bir Radyocerrahi Accelerator Dozimetri için kullanılır

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

Optik Doyurulabilen Geçişler aracılığıyla Desenlendirme - İmalat ve Karakterizasyonu

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

Rapid III-V Heteroepitaxial Karakterizasyonu için Elektron Channeling Kontrast Görüntüleme

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

Transfer Baskı ile Hidrojene Mikrokristal Silikon Güneş Pilleri Işık Yakalama Gümüş Nanoyapıların Entegrasyonu

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

Sentetik Nükleer Erime Cam Üretimi

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

Gümüş Nanotel ile son derece Gerilebilir İletkenler için bir Fabrikasyon Yöntemi

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