Name: macro-rheology characterization of gill raker mucus in the silver carp, hypophthalmichthys molitrix
Uploaded: 2020-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 13 s
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.

<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><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Materials&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kim Wipes</td><td>VWR</td><td>470224-038</td><td>To clean Sample from plate</td></tr><tr><td>Gloves</td><td>VWR</td><td>89428-750</td><td>To prevent contamination of sample</td></tr><tr><td>Pipette</td><td>VWR</td><td>89079-974</td><td>To transport sample from vial to rheometer</td></tr><tr><td>Pipette Tips</td><td>Thermo Scientific</td><td>72830-042</td><td>To transport sample from vial to rheometer</td></tr><tr><td>Shaker</td><td>VWR</td><td>89032-094</td><td>To homogenously mix sample of mucus</td></tr><tr><td>Vials</td><td>VWR</td><td>66008-710</td><td>Contains measured sample volumes</td></tr><tr><td>Weigh Scale</td><td>Ohaus</td><td>Scout &amp;ndash;SPX Balances</td><td>To weigh mass of mucus samples</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Chemical Reagents&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>De-Ionized Water (H20)</td><td>-</td><td>-</td><td>Liquid</td></tr><tr><td>Sterile 70% Isopropanol (C3H8O)</td><td>VWR</td><td>89108-162</td><td>Liquid</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;GR Mucus&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>100 mg/mL concentration, 2mL</td><td>-</td><td>-</td><td>Viscoelastic Material</td></tr><tr><td>400 mg/mL concentration, 1mL</td><td>-</td><td>-</td><td>Viscoelastic Material</td></tr><tr><td>200 mg/mL concentration, 1mL</td><td>-</td><td>-</td><td>Viscoelastic Material</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Software&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td>R2017a</td><td>Data analysis, post-processing and graphical representation</td></tr><tr><td>Trios</td><td>TA Instruments</td><td>v4.5.042498</td><td>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

Universidad San Sebastian

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 Time Differential Staining Technique Coupled with Full Bilateral Gill Denervation to Study Ionocytes in Fish

Branchial ionocytes (ICs) are the functional units for ionic regulation in fish. In adults, they are found on the filamental and lamellar epithelia of the gill where they transport ions such as Na+, Cl- and Ca2+ via a variety of ion channels, pumps and exchangers. The teleost gill is extrinsically innervated by the facial (VI), glossopharyngeal (IX) and vagus (X) nerves. The IX and X nerves are also the extrinsic source of branchial IC innervation. Here, two techniques used to study the innervation, proliferation and distribution of ICs are described: a time differential staining technique and a full bilateral gill denervation technique. Briefly, goldfish are exposed to a vital mitochondrion-specific dye (e.g., MitoTracker Red) which labels (red fluorescence) pre-existing ICs. Fish were either allowed to recover for 3 - 5 days or immediately underwent a full bilateral gill denervation. After 3 - 5 days of recovery, the gills are harvested and fixed for immunohistochemistry. The tissue is then stained with an &#945;-5 primary antibody (targets Na+/K+ ATPase containing cells) in conjunction with a secondary antibody that labels all (both new and pre-existing) ICs green. Using confocal imaging, it was demonstrated that pre-existing ICs appear yellow (labelled with both a viable mitochondrion-specific dye and &#945;-5) and new ICs appear green (labelled with &#945;-5 only). Both techniques used in tandem can be applied to study the innervation, proliferation and distribution of ICs on the gill filament when fish are exposed to environmental challenges.

This manuscript describes a protocol to track the re-distribution of branchial ionocytes and their innervation using a time differential staining technique coupled with full bilateral gill denervation.

טכניקת זמן דיפרנציאלי מכתים יחד עם גיל דו-צדדי מלא denervation ללמוד Ionocytes בדגים

Branchial ionocytes (ICs) are the functional units for ionic regulation in fish. In adults, they are found on the filamental and lamellar epithelia of the ...

Developmental Biology

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VacuSIP, שיטת INEX משופרת<em&gt; באתרו</em&gt; מדידה של חלקיקים מומס תרכובות מעובד על ידי האכלת השעית Active

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Environment

Salinity-dependent Toxicity Assay of Silver Nanocolloids Using Medaka Eggs

Salinity is an important characteristic of the aquatic environment. For aquatic organisms it defines the habitats of freshwater, brackish water, and seawater. Tests of the toxicity of chemicals and assessments of their ecological risks to aquatic organisms are frequently performed in freshwater, but the toxicity of chemicals to aquatic organisms depends on pH, temperature, and salinity. There is no method, however, for testing the salinity dependence of toxicity to aquatic organisms. Here, we used medaka (Oryzias latipes) because they can adapt to freshwater, brackish water, and seawater. Different concentrations of embryo-rearing medium (ERM) (1x, 5x, 10x, 15x, 20x, and 30x) were employed to test the toxicity of silver nanocolloidal particles (SNCs) to medaka eggs (1x ERM and 30x ERM have osmotic pressures equivalent to freshwater and seawater, respectively). In six-well plastic plates, 15 medaka eggs in triplicate were exposed to SNCs at 10 mg/L&#8722;1 in different concentrations of ERM at pH 7 and 25 &#176;C in the dark.
We used a dissecting microscope and a micrometer to measure heart rate per 15 sec and eye diameter on day 6 and full body length of the larvae on hatching day (section 4). The embryos were observed until hatching or day 14; we then counted the hatching rate every day for 14 days (section 4). To see silver accumulation in embryos, we used inductively coupled plasma mass spectrometry to measure the silver concentration of test solutions (section 5) and dechorionated embryos (section 6).The toxicity of the SNCs to medaka embryos obviously increased with increasing salinity. This new method allows us to test the toxicity of chemicals in different salinities.

Embryonic stages are the most susceptible to xenobiotics. Although chemical toxicity depends on salinity, no method exists to test the salinity dependence of toxicity to aquatic organisms. Here, we describe a new and high-throughput method for determining the salinity dependence of toxicity to aquatic embryos.

מליחות תלויות Assay הרעילה של הכסף Nanocolloids שימוש Medaka ביצים

Salinity is an important characteristic of the aquatic environment. For aquatic organisms it defines the habitats of freshwater, brackish water, and ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

אתגרים ראולוגיות אפיון השעיות מרוכזות מאוד - מקרה עבור משחות כסף הדפסת מסך

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

Characterization Of Multi-layered Fish Scales (Atractosteus spatula) Using Nanoindentation, X-ray CT, FTIR, and SEM

The hierarchical architecture of protective biological materials such as mineralized fish scales, gastropod shells, ram&#8217;s horn, antlers, and turtle shells provides unique design principles with potentials for guiding the design of protective materials and systems in the future. Understanding the structure-property relationships for these material systems at the microscale and nanoscale where failure initiates is essential. Currently, experimental techniques such as nanoindentation, X-ray CT, and SEM provide researchers with a way to correlate the mechanical behavior with hierarchical microstructures of these material systems1-6. However, a well-defined standard procedure for specimen preparation of mineralized biomaterials is not currently available. In this study, the methods for probing spatially correlated chemical, structural, and mechanical properties of the multilayered scale of A. spatula using nanoindentation, FTIR, SEM, with energy-dispersive X-ray (EDX) microanalysis, and X-ray CT are presented.

Characterization Of Multi-layered Fish Scales Atractosteus spatula Using Nanoindentation, X-ray CT, FTIR, and SEM

This paper presents the methods used for probing spatially correlated chemical, structural, and mechanical properties of the multilayered scale of Atractosteus spatula (A. spatula) using nanoindentation, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray computed tomography (X-ray CT). The experimental results have been used to investigate the design principles of protective biological materials.

אפיון של קשקשים דגים שכבתיים Multi-(<em&gt; מרית Atractosteus</em&gt;) באמצעות Nanoindentation, רנטגן CT, FTIR, וSEM

The hierarchical architecture of protective biological materials such as mineralized fish scales, gastropod shells, ram&#8217;s horn, antlers, and turtle ...

Bioengineering

Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological community or food web. Importantly, the size spectrum assumes that individual size, rather than species&#8217; behavioral or life history characteristics, is the primary determinant of abundance within an ecosystem. Thus, unlike traditional allometric relationships that focus on species-level data (e.g., mean species&#8217; body size vs. population density), size spectra analyses are &#8216;ataxic&#8217; &#8211; individual specimens are identified only by their size, without consideration of taxonomic identity. Size spectra models are efficient representations of traditional, complex food webs and can be used in descriptive as well as predictive contexts (e.g., predicting responses of large consumers to changes in basal resources). Empirical studies from diverse aquatic ecosystems have also reported moderate to high levels of similarity in size spectra slopes, suggesting that common processes may regulate the abundances of small and large organisms in very different settings. This is a protocol to model the community-level size spectrum in wadable streams. The protocol consists of three main steps. First, collect quantitative benthic fish and invertebrate samples that can be used to estimate local densities. Second, standardize the fish and invertebrate data by converting all individuals to ataxic units (i.e., individuals identified by size, irrespective of taxonomic identity), and summing individuals within log2 size bins. Third, use linear regression to model the relationship between ataxic M and D estimates. Detailed instructions are provided herein to complete each of these steps, including custom software to facilitate D estimation and size spectra modeling.

This is a protocol to model the size spectrum (scaling relationship between individual mass and population density) for combined fish and invertebrate data from wadable streams and rivers. Methods include: field techniques to collect quantitative fish and invertebrate samples; lab methods to standardize the field data; and statistical data analysis.

מידול ספקטרום הגודל של מאקרוחסרי חוליות ודגים בזרם מערכות אקולוגיות

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological ...

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement during previous phase changes and applied shear. To determine the extent of these changes, we have developed a microfluidic device that enables repeated phase transitions induced by exchange of the surrounding fluid and microrheological characterization while limiting shear on the sample. This technique is &#181;2rheology, the combination of microfluidics and microrheology. The microfluidic device is a two-layer design with symmetric inlet streams entering a sample chamber that traps the gel sample in place during fluid exchange. Suction can be applied far away from the sample chamber to pull fluids into the sample chamber. Material rheological properties are characterized using multiple particle tracking microrheology (MPT). In MPT, fluorescent probe particles are embedded into the material and the Brownian motion of the probes is recorded using video microscopy. The movement of the particles is tracked and the mean-squared displacement (MSD) is calculated. The MSD is related to macroscopic rheological properties, using the Generalized Stokes-Einstein Relation. The phase of the material is identified by comparison to the critical relaxation exponent, determined using time-cure superposition. Measurements of a fibrous colloidal gel illustrate the utility of the technique. This gel has a delicate structure that can be irreversibly changed when shear is applied. &#181;2rheology data shows that the material repeatedly equilibrates to the same rheological properties after each phase transition, indicating that phase transitions do not play a role in microstructural changes. To determine the role of shear, samples can be sheared prior to injection into our microfluidic device. &#181;2rheology is a widely applicable technique for the characterization of soft matter enabling the determination of rheological properties of delicate microstructures in a single sample during phase transitions in response to repeated changes in the surrounding environmental conditions.

We demonstrate the fabrication and use of a microfluidic device that enables multiple particle tracking microrheology measurements to study the rheological effects of repeated phase transitions on soft matter.

שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

Automatic Image Processing to Determine the Community Size Structure of Riverine Macroinvertebrates

Body size is an important functional trait that can be used as a bioindicator to assess the impacts of perturbations in natural communities. Community size structure responds to biotic and abiotic gradients, including anthropogenic perturbations across taxa and ecosystems. However, the manual measurement of small-bodied organisms such as benthic macroinvertebrates (e.g., &gt;500 &#181;m to a few centimeters long) is time-consuming. To expedite the estimation of community size structure, here, we developed a protocol to semi-automatically measure the individual body size of preserved river macroinvertebrates, which are one of the most commonly used bioindicators for assessing the ecological status of freshwater ecosystems. This protocol is adapted from an existing methodology developed to scan marine mesozooplankton with a scanning system designed for water samples. The protocol consists of three main steps: (1) scanning subsamples (fine and coarse sample size fractions) of river macroinvertebrates and processing the digitized images to individualize each detected object in each image; (2) creating, evaluating, and validating a learning set through artificial intelligence to semi-automatically separate the individual images of macroinvertebrates from detritus and artifacts in the scanned samples; and (3) depicting the size structure of the macroinvertebrate communities. In addition to the protocol, this work includes the calibration results and enumerates several challenges and recommendations to adapt the procedure to macroinvertebrate samples and to consider for further improvements. Overall, the results support the use of the presented scanning system for the automatic body size measurement of river macroinvertebrates and suggest that the depiction of their size spectrum is a valuable tool for the rapid bioassessment of freshwater ecosystems.

The article is based on the creation of an adapted protocol to scan, detect, sort, and identify digitized objects corresponding to benthic river macroinvertebrates using a semi-automatic imaging procedure. This procedure allows the acquisition of the individual size distributions and size metrics of a macroinvertebrate community in about 1 h.

עיבוד תמונה אוטומטי לקביעת מבנה גודל הקהילה של מקרו-חסרי חוליות בנהרות

Body size is an important functional trait that can be used as a bioindicator to assess the impacts of perturbations in natural communities. Community ...

<meta charset="utf8"></head><body>הסרת קשקשי דגי זברה ללימודי תרבית וביולוגיה של העצם

In Vitro Culturing Technique for Studying Cellular Dynamics in Zebrafish Scales

Zebrafish scales offer a variety of advantages for use in standard laboratories for teaching and research purposes. Scales are easily collected without the need for euthanasia, regenerate within a couple of weeks, and are translucent and small, allowing them to be viewed using a standard microscope. Zebrafish scales are especially useful in educational environments, as they provide a unique opportunity for students to engage in hands-on learning experiences, particularly in understanding cellular dynamics and in vitro culturing methods. The main objective of this protocol is to describe a method for collecting and maintaining zebrafish scales in culture for use in a variety of biological studies using basic laboratory equipment. Additionally, the protocol details their use in understanding bone homeostasis by examining the activity of bone cells involved in bone resorption and deposition. It also includes additional protocols for general techniques, such as the visualization of nuclei and apoptotic cells. The in vitro culturing protocol produces reliable results with minimal reagents and equipment. This article discusses the benefits of using in vitro cultures of zebrafish scales to foster scientific inquiry and outlines the resources needed to support their integration into educational settings.

<meta charset="utf8"></head><body>מחבר זרקור: קידום מחקר פעילות תאי עצם עם קשקשים של דגי זברה

This protocol offers a method to study cellular dynamics using a simple in vitro culture technique. It provides an opportunity for zebrafish researchers and educators to study cellular processes, such as those related to bone homeostasis and basic cell biology, by visualizing fluorescent nuclei and apoptotic cells within the scales.

טכניקת תרבית חוץ גופית לחקר דינמיקה תאית בסקאלות דגי זברה

Zebrafish scales offer a variety of advantages for use in standard laboratories for teaching and research purposes. Scales are easily collected without ...

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

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

טכניקת זמן דיפרנציאלי מכתים יחד עם גיל דו-צדדי מלא denervation ללמוד Ionocytes בדגים

VacuSIP, שיטת INEX משופרת

מליחות תלויות Assay הרעילה של הכסף Nanocolloids שימוש Medaka ביצים

אתגרים ראולוגיות אפיון השעיות מרוכזות מאוד - מקרה עבור משחות כסף הדפסת מסך

אפיון של קשקשים דגים שכבתיים Multi-(

מידול ספקטרום הגודל של מאקרוחסרי חוליות ודגים בזרם מערכות אקולוגיות

שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים

עיבוד תמונה אוטומטי לקביעת מבנה גודל הקהילה של מקרו-חסרי חוליות בנהרות

טכניקת תרבית חוץ גופית לחקר דינמיקה תאית בסקאלות דגי זברה

טכניקת תרבית חוץ גופית לחקר דינמיקה תאית בסקאלות דגי זברה