Effect of pH on the rheological response of reconstituted gastric mucin

Abstract

The rheological response of reconstituted gastric mucin was studied by time dependent rheological experiments as function of pH. Mucin concentrations of 5% and 10% were prepared in buffer dispersions at pH of 1.15, 2.00, 2.55, 4.00 and 7.67. The isoelectric point was identified by z-potential between pH 2.00 to 2.55. Dynamic light scattering showed that as pH reduced, a second population of larger mucin aggregates was formed indicating the presence of new structures. Steady shear rheological measurements reflected the pseudoplastic behavior of mucin dispersions and the effect of concentration on viscosity. Creep-recovery measurements were performed on the regenerated mucus at different levels of pH. By creep, it was possible to determine the values of zero-shear-viscosity of mucin suspensions, with higher precision and in a lower experimental time than steady shear measurements. Additionally, it was found that at pH ~1.15, the viscosity of the mucus increased to high values, which is an indicative of a gel-like structure. By recovery experiments, it was possible to find that even the very low viscosities the mucin suspensions at pH ~1.15 possessed a defined elastic character. By the use of a four-element mechanistic viscoelastic model, it was concluded that this elasticity underwent retardation due to the combined effect of viscous and elastic responses.

Se estudió la respuesta reológica de mucina gástrica reconstituida como función del pH mediante experimentos reológicos dependientes del tiempo. Se usaron concentraciones de mucina del 5% y 10% en soluciones buffer a valores de pH de 1.15, 2.00, 2.55, 4.00 y 7.67. Mediante potencial zeta se identifico que el punto isoeléctrico se ubicaba entre pH de 2.00 a 2.55. Los estudios de dispersión de luz dinámica mostraron que a mediada que el pH se reduce, una segunda población de agregados de mucina se forma, indicando el estructuramiento dentro del fluido. Las mediciones reológicas en estado estable, mostraron el comportamiento seudoplástico y el efecto de la concentración en las soluciones de mucina. Se llevaron a cabo determinaciones de fluencia lenta-recuperación sobre las suspensiones de mucina a diferentes valores de pH. Mediante fluencia lenta, se determinaron los valores de viscosidad a cero corte con mayor precisión y menor tiempo experimental que las mediciones de estado estable. Adicionalmente, se encontró que para pH ~1.15 la viscosidad del mucus incrementó a valores altos, lo cual es una característica de las estructuras tipo gel. Los experimentos de recuperación mostraron que aun a bajas viscosidades las suspensiones de mucina a pH ~1.15 poseían un carácter elástico definido. Mediante el uso de un modelo viscoelástico de cuatro elementos, se concluyó que esta elasticidad presentaba respuesta retardada debido al efecto combinado de los efectos viscoso y elástico.