היסטורית, JoVE, The Journal of Visualized Experiments, התמקד בעיקר במחקר ביו-רפואי ופיתח תתי-סעיפים להנדסה ביו-רפואית, רפואה קלינית ותרגומית, אימונולוגיה וזיהום, ומדעי המוח. ביולי האחרון, JoVE משיקה את מדור הפיזיקה היישומית שלה, הכולל מגוון תכנים מפיזיקה של פלזמה ועד למדע החומרים. אנו פותחים את המדור החדש במאמר בולט מאוניברסיטת Purdue, שבו חוקרים במרכז לייצור מבוסס לייזר עורכים מחקר.
חומר קיים בשלושה מצבים מוכרים: מוצק, נוזל וגז. אם גז נחבט באנרגיה מספיקה, אטומים יכולים לאבד אלקטרונים, או להפוך למיוננים, כדי ליצור מצב רביעי הנקרא פלזמה. פלזמה היא צורת החומר הנפוצה ביותר; היא תופסת כ-99.999% מהיקום הנראה. באמצעות פולסי לייזר אולטרה-קצרים של 100 femtoseconds, או 100 טריליונית של שנייה, מחברינו מדגימים טכניקה הנקראת pump probe shadowgraphy, המאפשרת להדמיות של הפלזמה המוקדמת ככל שהיא מתפתחת ממשטחי מתכת. על ידי בניית מודל סימולציה, חוקרים אלו מסוגלים לבחון את הדינמיקה של הפלזמה המוקדמת, מה שמאפשר הבנה טובה יותר של האופן שבו חומר הופך למיונן.
עבור תת-הקטגוריה של מדע החומרים בפיזיקה יישומית, JoVE מביאה אותנו לאוניברסיטת מישיגן, שם חוקרים מפתחים שיטות חדשות במיקרו-פבריקציה. מחברינו מדגימים שיטה לגידול של מיקרו-מבנים תלת-ממדיים מורכבים מננו-צינוריות פחמן, אשר יכולים לשמש כתבניות מאסטר ליציקת רפליקות מפולימרים או מחומרים ביולוגיים. מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת מגלה כי תבניות המאסטר של ננו-צינוריות הפחמן משוחזרות בנאמנות גבוהה הן במבנה המיקרוסקופי והן בטקסטורה הננוסקופית ברפליקות הפולימר שיוצרו מתבניות אלו. טכנולוגיית מיקרו-פבריקציה מאפשרת ביצוע פעולות מעבדה בקנה מידה קטן – למעשה, הצבת מעבדה על שבב.
במעבר מפיזיקה יישומית לפיזיולוגיה של הלב, JoVE מבקר באוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון כדי להנציח הכנה מ модиפית של Langendorff. JoVE פרסמה מספר מאמרים המדגימים הכנה פיזיולוגית זו, המאפשרת ללב לפעום בבידוד למשך שעות רצופות. הגישה כוללת פרפוזיה רטרוגרדית של הלב, דרך האאורטה, אשר סוגרת את מסתם האאורטה ומכריחה את הפרפוזאט המחומצן לעבור דרך מחזור הדם הכלילי, וזאת כדי לשמר את רקמת הלב.
המחברים שלנו מציגים שינוי בהכנה זו הכולל קנולציה של התוספת של העלייה השמאלית, הווריד הרחב התחתון והעורק הריאתי. במצב זה, ארבעת חללי הלב נמצאים תחת קנולציה, ובכך מסופקים לחצי עומס פיזיולוגיים לשני הפרונטריקולים, דבר המבטל את הצורך בפרפוזיה רטרוגרדית של הלב דרך האבי העורקי. לפיכך, הפרפוזיה של הלב מתבצעת בכיוון הנורמלי, והלב מספק בעצמו את הלחץ הנדרש לפרפוזיה קורונרית.
לאחר השגת מודל זה של לב עובד דו-חדרי, המחברים עוברים להקמת דימוי פלואורסצנציה של nictonamide adenine dinucleoutide, או NADH. קו-אנזים זה, הנמצא במיטוכונדריה, פולט פלואורסצנציה במצבו הרהוט ומספק מדד לריכוז החמצן המקומי, ועל כן למטבוליזם של הלב. חוקרים אלו מדגימים מדידות של פלואורסצנציית NADH במהלך קצבי קצב שונים, ובכך ממחישים את הפוטנציאל של מודל רלוונטי פיזיולוגית זה לספק תובנות לגבי פתולוגיות לבביות.
במדור ההנדסה הביומדית שלנו, JoVE מבקר באוניברסיטת הפסיפיק עבור מאמר העוסק בייצור משי עכביש סינתטית. בשנת 2010, JoVE פרסם מאמר ממעבדתו של Vierra, שהדגים טכניקות של מיקרו-דיסקציה לבידוד 12 בלוטות ייצור המשי של עכביש האלמנה השחורה. בידוד בלוטות אלה מאפשר ביצוע טכניקות אנליטיות לצורך זיהוי חלבונים ספציפיים של משי עכביש. מכיוון שעכבישים הם ארסיים וקניבליים, גידולם לצורך ייצור רחב היקף של משי עכביש אינו ריאלי. לפיכך, מעבדתו של Vierra מבצעת טרנספורמציה של חיידקים באמצעות פלסמידים המכילים חלבוני משי, ומבטאת חלבוני משי עכביש רקומביננטיים בחיידקים.
ביולי זה ב-JoVE, קבוצת Vierra מדריכה אותנו בשיטה לבידוד וטיהור של חלבון משי עכביש מחיידקים אלו. לאחר מכן, הם מראים לנו כיצד חלבון מטוהר נטווה לסיבים ומדגימים שיטות לאיסוף סיבים אלו, כמו גם להערכת חוזקם. משי עכביש מעורר עניין רב בקרב מדעני חומרים ביולוגיים, בשל התאימות הביולוגית והתכונות המכניות שלו, ההופכות אותו לחזק יותר מפלדה במתיחה. מעבדת Vierra הציגה בפנינו ייצור של משי עכביש בקנה מידה מעבדתי, שניתן להרחיבו פוטנציאלית לתהליך ייצור רחב היקף. סיכום קצר זה סוקר ארבעה מתוך חמישים המאמרים ש-JoVE תפרסם ביולי זה. פרסומים ראויים לציון אחרים כוללים הדגמות של electroporation ex ovo בעוברים של תרנגולות בשלבי התפתחות מאוחרים, ייצור של חלבונים מופרשים מתאים אנושיים, וגידול ex vivo של מוחות זבוב פירות.