Historisch gezien heeft JoVE, The Journal of Visualized Experiments, zich hoofdzakelijk gericht op biomedisch onderzoek en heeft het subsecties ontwikkeld voor Bioengineering, Klinische en Translationele Geneeskunde, Immunologie en Infecties, en Neurowetenschappen. Deze juli lanceert JoVE zijn sectie Toegepaste Natuurkunde, die een breed scala aan inhoud bevat, van Plasmanatuurkunde tot Materiaalkunde. We beginnen de nieuwe sectie met een opmerkelijk artikel van Purdue University, waar onderzoekers aan het Center for Laser-Based Manufacturing studeren.
Materie bestaat in drie bekende toestanden: vast, vloeibaar en gasvormig. Als een gas wordt blootgesteld aan voldoende energie, kunnen atomen elektronen verliezen, of geïoniseerd worden, waardoor een vierde toestand ontstaat die plasma wordt genoemd. Plasma is de meest voorkomende vorm van materie en beslaat ongeveer 99,999% van het zichtbare universum. Met behulp van ultrakorte laserpulsen van 100 femtoseconden, of 100 biljondste van een seconde, demonstreeren onze auteurs een techniek genaamd pump-probe schaduwgrafie, waarmee het vroege plasma kan worden gevisualiseerd terwijl het zich ontwikkelt vanaf metaaloppervlakken. Door een simulatiemodel te construeren, zijn deze onderzoekers in staat om de dynamiek van het vroege plasma te onderzoeken, wat een beter begrip geeft van hoe materie geïoniseerd raakt.
Voor de subcategorie materiaalkunde van de toegepaste natuurkunde is JoVE aanwezig aan de University of Michigan, waar onderzoekers nieuwe methoden in microfabricage ontwikkelen. Onze auteurs demonstreren een methode voor het groeien van complexe, driedimensionale microstructuren uit koolstofnanobuisjes, die kunnen worden gebruikt als moedermatrijzen voor het gieten van replica's uit polymeren of biologische materialen. Scanning-elektronenmicroscopie onthult dat de moedermatrijzen van koolstofnanobuisjes met een hoge getrouwheid worden gereproduceerd in zowel de vorm op microschaal als de textuur op nanoschaal in de polymeerreplica's die met deze matrijzen zijn gemaakt. Microfabricagetechnologie maakt het mogelijk om laboratoriumbewerkingen op kleine schaal uit te voeren – in essentie het plaatsen van een laboratorium op een chip.
Van de toegepaste natuurkunde naar de cardiale fysiologie: JoVE bezoekt The George Washington University om een aangepaste Langendorff-preparatie vast te leggen. JoVE heeft verschillende artikelen gepubliceerd waarin deze fysiologische preparatie wordt gedemonstreerd, waardoor het hart gedurende uren in isolatie kan blijven kloppen. De methode omvat retrograde perfusie van het hart via de aorta, waardoor de aortaklep sluit en zuurstofrijk perfusaat door de coronaire circulatie wordt gedwongen om het hartweefsel in stand te houden.
Onze auteurs presenteren een modificatie van deze preparatie waarbij het linker atriumoor, de vena cava inferior en de longslagader worden gecannuleerd. In deze toestand zijn alle vier de hartkamers gecannuleerd, waardoor fysiologische belastingsdrukken aan beide ventrikels worden geleverd en de noodzaak om het hart retrograden te perfunderen via de aorta wordt geëlimineerd. Daarom verloopt de perfusie van het hart in de normale richting en genereert het hart zelf de druk voor de coronaire perfusie.
Zodra dit biventriculair werkend hartmodel is gerealiseerd, gaan de auteurs over tot het opzetten van de beeldvorming van fluorescentie van nicotinamide-adenine-dinucleotide, of NADH. Dit co-enzym, dat in mitochondriën voorkomt, vertoont fluorescentie in zijn gereduceerde toestand en dient als indicator voor de lokale zuurstofconcentratie en daarmee voor het metabolisme van het hart. Deze onderzoekers demonstreren metingen van NADH-fluorescentie bij verschillende pacing-frequenties en illustreren hiermee het potentieel van dit fysiologisch relevante model om inzicht te verschaffen in pathologieën van het hart.
In onze sectie Bioengineering bezoekt JoVE de University of the Pacific voor een artikel over de productie van synthetische spinnenzijde. In 2010 publiceerde JoVE een artikel van het Vierra-lab, waarin microdissectietechnieken werden gedemonstreerd om de 12 zijdeproducerende klieren van de zwarte weduwe-spin te isoleren. De isolatie van deze klieren maakt het mogelijk om analytische technieken uit te voeren om specifieke spinnenzijdeproteïnen te identificeren. Omdat spinnen giftig zijn en kannibalismen vertonen, is het onrealistisch om ze te kweken voor grootschalige productie van spinnenzijde. Daarom transformeert het Vierra-lab bacteriën met plasmiden die zijdeproteïnen bevatten en tot expressie brengen van recombinante spinnenzijdeproteïnen in bacteriën.
Deze juli in JoVE neemt de groep Vierra ons mee door een methode voor het isoleren en zuiveren van spinnenzijde-eiwit uit deze bacteriën. Vervolgens laten ze zien hoe het gezuiverde eiwit tot vezels wordt gesponnen en demonstreerden ze methoden voor het verzamelen van deze vezels, alsook het beoordelen van hun sterkte. Spinnenzijde is van grote belangstelling voor biomateriaalkundigen vanwege de biocompatibiliteit en mechanische eigenschappen, waardoor het sterker is dan trekstaal. Het laboratorium van Vierra heeft ons een productie van spinnenzijde op laboratoriumschaal laten zien die potentieel kan worden uitgebreid naar een grootschalig productieproces. Deze korte samenvatting geeft een overzicht van vier van de vijftig artikelen die JoVE deze juli zal publiceren. Andere opmerkelijke publicaties omvatten demonstraties van ex ovo electroporatie in kiemembryo's in een laat stadium, de productie van gesecreteerde eiwitten uit menselijke cellen en het ex vivo kweken van fruitvliegenhersenen.