Historycznie rzecz biorąc, JoVE, The Journal of Visualized Experiments, skupiał się przede wszystkim na badaniach biomedycznych i opracował podrozdziały poświęcone bioinżynierii, medycynie klinicznej i translacyjnej, immunologii i infekcjom oraz neuronauce. W lipcu tego roku JoVE uruchamia sekcję Fizyki Stosowanej, która obejmuje szereg treści, od fizyki plazmy po materiałoznawstwo. Rozpoczynamy nową sekcję od godnego uwagi artykułu z Uniwersytetu Purdue, gdzie badają naukowcy z Center for Laser-Based Manufacturing.
Materia istnieje w trzech znanych stanach: stałym, ciekłym i gazowym. Jeśli gaz zostanie uderzony z wystarczającą energią, atomy mogą stracić elektrony lub ulec jonizacji, tworząc czwarty stan zwany plazmą. Osocze jest najobficiej występującą formą materii; Zajmuje około 99,999% widzialnego wszechświata. Używając ultrakrótkich impulsów laserowych trwających 100 femtosekund, czyli 100 biliardowych części sekundy, nasi autorzy demonstrują technikę zwaną cieniografią sondy pompującej, która pozwala na wizualizację wczesnej plazmy w miarę jej ewolucji z powierzchni metalowych. Konstruując model symulacyjny, badacze są w stanie zbadać wczesną dynamikę plazmy, umożliwiając lepsze zrozumienie, w jaki sposób materia ulega jonizacji.
Jeśli chodzi o podkategorię fizyki stosowanej w dziedzinie materiałoznawstwa, JoVE materializuje się na Uniwersytecie Michigan, gdzie naukowcy opracowują nowe metody mikrofabrykacji. Nasi autorzy demonstrują metodę hodowli złożonych, trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych, które mogą być używane jako formy wzorcowe do odlewania replik z polimerów lub materiałów biologicznych. Skaningowa mikroskopia elektronowa ujawnia, że wzorcowe formy z nanorurek węglowych są odwzorowywane z dużą wiernością w mikroskalowym kształcie i nanoskalowej fakturze w replikach polimerowych wykonanych z tych form. Technologia mikrofabrykacji umożliwia wykonywanie operacji laboratoryjnych na małą skalę – zasadniczo umieszczając laboratorium na chipie.
Przechodząc od fizyki stosowanej do fizjologii serca, JoVE odwiedza Uniwersytet George'a Washingtona, aby uchwycić zmodyfikowany preparat Langendorffa. JoVE opublikował kilka artykułów, które pokazują to fizjologiczne przygotowanie, które pozwala sercu bić w izolacji przez wiele godzin. Podejście polega na wstecznej perfuzji serca przez aortę, która zamyka zastawkę aortalną i wymusza natleniony perfuzat przez krążenie wieńcowe, w celu podtrzymania tkanki serca.
Nasi autorzy prezentują modyfikację tego preparatu, która polega na kaniulacji uszka lewego przedsionka, żyły głównej dolnej i tętnicy płucnej. W tym stanie wszystkie cztery komory serca są kaniulowane, zapewniając w ten sposób fizjologiczne ciśnienie obciążenia w obu komorach i eliminując potrzebę wstecznego pefowania serca przez aortę. Dlatego perfuzja serca odbywa się w normalnym kierunku, a serce zapewnia własne ciśnienie do perfuzji wieńcowej.
Po osiągnięciu tego dwukomorowego modelu pracującego serca nasi autorzy przystępują do obrazowania fluorescencji dinukleotydu niktonamidoadeninowego lub NADH. Ten koenzym, który znajduje się w mitochondriach, emituje fluorescencję w stanie zredukowanym i zapewnia odczyt miejscowego stężenia tlenu, a tym samym metabolizmu serca. Badacze ci demonstrują pomiary fluorescencji NADH podczas różnych temp stymulacji, a tym samym ilustrują potencjał tego fizjologicznie istotnego modelu w celu uzyskania wglądu w patologie serca.
W naszej sekcji Bioinżynieria JoVE odwiedza Uniwersytet Pacyfiku, aby zapoznać się z artykułem poświęconym produkcji syntetycznego jedwabiu pajęczego. W 2010 roku JoVE opublikował artykuł z laboratorium Vierra, w którym zademonstrowano techniki mikrodysekcji w celu wyizolowania 12 gruczołów produkujących jedwab od pająka Black Widow. Izolacja tych gruczołów pozwala na wykonanie technik analitycznych w celu identyfikacji specyficznych białek jedwabiu pajęczego. Ponieważ pająki są jadowite i kanibalskie, hodowla ich do produkcji pajęczej nici na dużą skalę jest nierealna. Dlatego laboratorium Vierra przekształca bakterie za pomocą plazmidów zawierających białko jedwabiu i ulega ekspresji rekombinowanych białek jedwabiu pajęczego w bakteriach.
W lipcu tego roku w JoVE grupa Vierra przedstawia nam metodę izolowania i oczyszczania białka pajęczej nici z tych bakterii. Następnie pokazują nam, w jaki sposób oczyszczone białko jest przędzone we włókna i demonstrują metody zbierania tych włókien, a także oceny ich wytrzymałości. Pajęcza nić cieszy się dużym zainteresowaniem naukowców zajmujących się biomateriałami ze względu na jej biokompatybilność i właściwości mechaniczne, które sprawiają, że jest mocniejsza niż stal rozciągana. Laboratorium Vierra pokazało nam produkcję pajęczej nici na skalę laboratoryjną, którą potencjalnie można rozszerzyć na proces produkcyjny na dużą skalę. To krótkie streszczenie streszcza cztery z pięćdziesięciu artykułów, które JoVE opublikuje w lipcu. Inne godne uwagi publikacje obejmują demonstracje elektroporacji ex ovo w zarodkach kurczaków w późnym stadium rozwoju, produkcję wydzielanych białek z komórek ludzkich oraz hodowlę ex vivo mózgów muszek owocowych.