تاريخياً، ركزت JoVE، The Journal of Visualized Experiments، بشكل أساسي على الأبحاث الطبية الحيوية، وطورت أقساماً فرعية للهندسة الحيوية، والطب السريري والترجمي، وعلم المناعة والعدوى، وعلم الأعصاب. وفي شهر يوليو الحالي، تطلق JoVE قسم الفيزياء التطبيقية، الذي يضم مجموعة من المحتويات التي تتراوح من فيزياء البلازما إلى علم المواد. ونبدأ هذا القسم الجديد بمقال بارز من جامعة Purdue، حيث يجري باحثون في مركز التصنيع القائم على الليزر دراساتهم.
توجد المادة في ثلاث حالات مألوفة: الصلبة، والسائلة، والغازية. وإذا تعرض الغاز لطاقة كافية، يمكن للذرات أن تفقد إلكترونات، أو تصبح متأينة، لتشكل حالة رابعة تسمى البلازما. وتعد البلازما الشكل الأكثر وفرة للمادة؛ حيث تشغل حوالي 99.999% من الكون المرئي. وباستخدام نبضات ليزر فائقة القصر تبلغ 100 femtoseconds، أو 100 جزء من كوادريليون من الثانية، يستعرض المؤلفون تقنية تسمى التصوير الظلي بالمضخة والمسبار (pump probe shadowgraphy)، والتي تسمح بتصوير البلازما المبكرة أثناء تطورها من الأسطح المعدنية. ومن خلال بناء نموذج محاكاة، تمكن هؤلاء الباحثون من فحص ديناميكيات البلازما المبكرة، مما يتيح فهماً أفضل لكيفية تأين المادة.
بالنسبة للفئة الفرعية لعلوم المواد في الفيزياء التطبيقية، يتجسد دور JoVE في جامعة ميشيغان، حيث يعمل الباحثون على تطوير طرق جديدة في التصنيع الدقيق. يوضح مؤلفونا طريقة لإنماء هياكل دقيقة ثلاثية الأبعاد ومعقدة من أنابيب الكربون النانوية، والتي يمكن استخدامها كقوالب رئيسية لصب نسخ مكررة من البوليمرات أو المواد البيولوجية. ويكشف المجهر الإلكتروني الماسح أن القوالب الرئيسية من أنابيب الكربون النانوية قد أُعيد إنتاجها بدقة عالية من حيث الشكل على المقياس الميكروني والنسيج على المقياس النانوي في النسخ البوليمرية المصنوعة من هذه القوالب. وتسمح تكنولوجيا التصنيع الدقيق بإجراء العمليات المختبرية على مقاييس صغيرة - مما يضع المختبر فعلياً على شريحة.
بالانتقال من الفيزياء التطبيقية إلى فيزيولوجيا القلب، تزور JoVE جامعة جورج واشنطن لتصوير تحضير لانجندورف (Langendorff) المعدل. وقد نشرت JoVE عدة مقالات تستعرض هذا التحضير الفيزيولوجي، الذي يسمح للقلب بالنبض بمعزل عن الجسم لعدة ساعات متواصلة. وتتضمن هذه الطريقة تروية تراجعية للقلب عبر الأبهر، مما يؤدي إلى إغلاق الصمام الأبهري ودفع سائل التروية المؤكسج عبر الدورة التاجية للحفاظ على أنسجة القلب.
يقدم مؤلفونا تعديلاً على هذا التحضير يتضمن وضع قنيات في الزائدة الأذينية اليسرى، والوريد الأجوف السفلي، والشريان الرئوي. وفي هذه الحالة، يتم وضع قنيات في جميع حجرات القلب الأربع، مما يوفر ضغوط حمل فسيولوجية لكلا البطينين، ويغني عن الحاجة إلى تروية القلب تروية عكسية عبر الشريان الأورطي. وبناءً على ذلك، تكون تروية القلب في الاتجاه الطبيعي، ويقوم القلب بتوفير الضغط اللازم لتروية الشرايين التاجية ذاتياً.
بمجرد تحقيق نموذج القلب العامل ثنائي البطين هذا، ينتقل المؤلفون إلى إعداد تصوير فلورة النيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد، أو NADH. هذا الإنزيم المساعد، الموجود في الميتوكوندريا، يصدر فلورة في حالته المختزلة ويوفر قراءة لتركيز الأكسجين المحلي، وبالتالي لعملية التمثيل الغذائي في القلب. ويوضح هؤلاء الباحثون قياسات فلورة NADH خلال معدلات تنظيم ضربات قلب مختلفة، مما يبرز إمكانية هذا النموذج ذي الصلة فسيولوجياً في تقديم رؤى حول الأمراض القلبية.
في قسم الهندسة الحيوية لدينا، تزور JoVE جامعة باسيفيك في مقال يتناول إنتاج حرير العنكبوت الاصطناعي. وفي عام 2010، نشرت JoVE مقالاً من مختبر Vierra، والذي استعرض تقنيات التشريح المجهري لعزل الغدد الـ 12 المنتجة للحرير من عنكبوت الأرملة السوداء. ويسمح عزل هذه الغدد بإجراء تقنيات تحليلية من أجل تحديد بروتينات حرير العنكبوت النوعية. ونظراً لأن العناكب سامة وتميل إلى أكل بني جنسها، فإن تربيتها لإنتاج حرير العنكبوت على نطاق واسع يعد أمراً غير واقعي. لذلك، يقوم مختبر Vierra بتحويل البكتيريا باستخدام بلازميدات تحتوي على بروتينات الحرير، ويعمل على التعبير عن بروتينات حرير العنكبوت المعاد تركيبها في البكتيريا.
في عدد يوليو من JoVE، تأخذنا مجموعة Vierra في شرح لطريقة عزل وتنقية بروتين حرير العنكبوت من هذه البكتيريا. ثم يوضحون لنا كيفية غزل البروتين المنقى إلى ألياف، ويستعرضون طرق جمع هذه الألياف، بالإضافة إلى تقييم قوتها. يحظى حرير العنكبوت باهتمام كبير من علماء المواد الحيوية بسبب توافقه الحيوي وخصائصه الميكانيكية، التي تجعله أقوى من الفولاذ المقاوم للشد. وقد أظهر لنا مختبر Vierra إنتاج حرير العنكبوت على نطاق مختبري، وهو أمر يمكن توسيعه محتملاً إلى عملية تصنيع واسعة النطاق. يلخص هذا الموجز القصير أربعة من أصل خمسين مقالاً ستصدرها JoVE في شهر يوليو هذا. وتشمل المنشورات الجديرة بالملاحظة الأخرى عروضاً توضيحية للتثقيب الكهربائي ex ovo في أجنة الدجاج في المراحل المتأخرة، وإنتاج البروتينات المفرزة من الخلايا البشرية، وزراعة أدمغة ذباب الفاكهة ex vivo.