מבחינה היסטורית, JoVE, כתב העת לניסויים חזותיים, התמקד בעיקר במחקר ביו-רפואי ופיתח תת-מדורים לביו-הנדסה, רפואה קלינית ותרגומית, אימונולוגיה וזיהום ומדעי המוח. ביולי הקרוב, JoVE משיקה את מדור הפיזיקה היישומית שלה, הכולל מגוון תוכן מפיזיקת פלזמה ועד מדעי החומרים. אנו מתחילים את החלק החדש במאמר בולט מאוניברסיטת פרדו, שם חוקרים מהמרכז לייצור מבוסס לייזר.
החומר קיים בשלושה מצבים מוכרים: מוצק, נוזל וגז. אם גז נפגע באנרגיה מספקת, אטומים יכולים לאבד אלקטרונים, או להפוך למיוננים, כדי ליצור מצב רביעי הנקרא פלזמה. פלזמה היא צורת החומר הנפוצה ביותר; תופס כ-99.999% מהיקום הנראה. באמצעות פולסי לייזר קצרים במיוחד של 100 פמטו-שניות, או 100 קוודריליונים של שנייה, המחברים שלנו מדגימים טכניקה הנקראת צל בדיקת משאבה, המאפשרת לדמיין את הפלזמה המוקדמת כשהיא מתפתחת ממשטחי מתכת. על ידי בניית מודל סימולציה, חוקרים אלה מסוגלים לבחון דינמיקת פלזמה מוקדמת, מה שמאפשר הבנה טובה יותר של האופן שבו החומר הופך למיונן.
עבור תת-הקטגוריה של מדעי החומרים של פיזיקה יישומית, JoVE מתממשת באוניברסיטת מישיגן, שם חוקרים מפתחים שיטות חדשות במיקרו-ייצור. המחברים שלנו מדגימים שיטה לגידול מיקרו-מבנים מורכבים ותלת מימדיים מתוך ננו-צינורות פחמן, שיכולים לשמש כתבניות אב ליציקת העתקים מפולימרים או חומרים ביולוגיים. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק מגלה כי תבניות המאסטר של ננו-צינורות הפחמן משוחזרות בנאמנות גבוהה בצורה מיקרו-סקאלית ובמרקם ננומטרי בהעתקי הפולימר העשויים מתבניות אלו. טכנולוגיית מיקרו-ייצור מאפשרת לבצע פעולות מעבדה בקנה מידה קטן - בעצם לשים מעבדה על שבב.
במעבר מפיזיקה יישומית לפיזיולוגיה של הלב, ג'וב מבקר באוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון כדי ללכוד תכשיר לנגנדורף שונה. JoVE פרסמה מספר מאמרים המדגימים את ההכנה הפיזיולוגית הזו, המאפשרת ללב לפעום בבידוד במשך שעות בכל פעם. הגישה כוללת זלוף לאחור של הלב, דרך אבי העורקים, שסוגר את המסתם האאורטלי ומכריח פרפוזאט מחומצן דרך מחזור הדם הכלילי, על מנת לקיים רקמת לב.
המחברים שלנו מציגים שינוי בתכשיר זה הכולל קנולציה של התוספתן הפרוזדורי השמאלי, הווריד הנבוב התחתון ועורק הריאה. במצב זה כל ארבעת חדרי הלב הם קנולטים, ובכך מספקים לחצי עומס פיזיולוגיים לשני החדרים, ומבטלים את הצורך בפיזור רטרוגרדי של הלב דרך אבי העורקים. לכן, זלוף הלב הוא בכיוון הנורמלי, והלב מספק לחץ משלו לזלוף כלילי.
לאחר השגת מודל לב עבודה דו-חדרי זה, המחברים שלנו ממשיכים להגדיר הדמיה של ניקטונמיד אדנין דינוקלאוטיד, או NADH, פלואורסצנטי. קו-אנזים זה, שנמצא במיטוכונדריה, פולט פלואורסצנטיות במצבו המופחת ומספק קריאה לריכוז החמצן המקומי, ולכן לחילוף החומרים בלב. חוקרים אלה מדגימים מדידות של פלואורסצנטיות NADH במהלך קצבי קצב שונים ובכך ממחישים את הפוטנציאל של מודל רלוונטי פיזיולוגי זה לספק תובנה לגבי פתולוגיות לבביות.
במדור הביו-הנדסה שלנו, JoVE מבקר באוניברסיטת האוקיינוס השקט למאמר העוסק בייצור משי עכבישים סינתטיים. עוד בשנת 2010, JoVE פרסם מאמר ממעבדת Vierra, שהדגים טכניקות מיקרו-דיסקציה לבידוד 12 בלוטות ייצור המשי מעכביש האלמנה השחורה. בידוד בלוטות אלו מאפשר לבצע טכניקות אנליטיות, על מנת לזהות חלבוני משי עכביש ספציפיים. מכיוון שעכבישים הם ארסיים וקניבליים, גידולם לייצור משי עכביש בקנה מידה גדול אינו מציאותי. לכן, מעבדת Vierra הופכת חיידקים עם פלסמידים המכילים חלבון משי ומבטאת חלבוני משי עכביש רקומביננטיים בחיידקים.
ביולי הקרוב ב-JoVE, קבוצת Vierra לוקחת אותנו דרך שיטה לבידוד וטיהור חלבון משי עכביש מהחיידקים הללו. לאחר מכן הם מראים לנו כיצד חלבון מטוהר מסובב לסיבים ומדגימים שיטות לאיסוף סיבים אלה, כמו גם הערכת חוזקם. משי עכביש מעניין מאוד מדעני ביו-חומרים, בגלל התאימות הביולוגית והתכונות המכניות שלו, שהופכות אותו לחזק יותר מפלדת מתיחה. מעבדת Vierra הראתה לנו ייצור בקנה מידה מעבדתי של משי עכביש שניתן להרחיב לתהליך ייצור בקנה מידה גדול. סיכום קצר זה מסכם ארבעה מתוך חמישים המאמרים ש-JoVE תפרסם ביולי הקרוב. פרסומים ראויים לציון אחרים כוללים הדגמות של אלקטרופורציה ex ovo בעוברי תרנגולות בשלב מאוחר, ייצור חלבונים המופרשים מתאים אנושיים ותרבות ex vivo של מוחות של זבובי פירות.