Historycznie JoVE, The Journal of Visualized Experiments, koncentrowało się głównie na badaniach biomedycznych i opracowało podsekcje poświęcone bioinżynierii, medycynie klinicznej i translacyjnej, immunologii i infekcjom oraz neuronauce. W lipcu tego roku JoVE uruchamia sekcję Fizyki Stosowanej, która obejmuje szeroki zakres treści – od fizyki plazmy po inżynierię materiałową. Nową sekcję rozpoczynamy znaczącym artykułem z Uniwersytetu Purdue, gdzie prowadzone są badania w Centrum Produkcji Opartej na Laserach.
Materia występuje w trzech znanych stanach: stałym, ciekłym i gazowym. Jeśli gaz zostanie poddany działaniu wystarczającej energii, atomy mogą stracić elektrony, czyli ulec jonizacji, tworząc czwarty stan nazywany plazmą. Plazma jest najpowszechniejszą formą materii, zajmując około 99,999% widzialnego wszechświata. Wykorzystując ultraskrótkie impulsy laserowe o czasie trwania 100 femtosekund, czyli 100 biliardowych części sekundy, autorzy prezentują technikę zwaną cieniografią impuls-sonda (pump probe shadowgraphy), która pozwala na wizualizację wczesnej plazmy w trakcie jej ewolucji z powierzchni metalowych. Dzięki opracowaniu modelu symulacyjnego badacze są w stanie analizować dynamikę wczesnej plazmy, co pozwala na lepsze zrozumienie procesu jonizacji materii.
W podkategorii nauki o materiałach w ramach fizyki stosowanej, JoVE gości na Uniwersytecie Michigan, gdzie badacze opracowują nowe metody mikrofabrykacji. Autorzy prezentują metodę hodowli złożonych, trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych, które mogą służyć jako formy matrycowe do odlewania replik z polimerów lub materiałów biologicznych. Skaningowa mikroskopia elektronowa wykazuje, że formy matrycowe z nanorurek węglowych są odwzorowane z wysoką wiernością pod kątem kształtu w mikroskali oraz tekstury w nanoskali w replikach polimerowych wykonanych z tych form. Technologia mikrofabrykacji umożliwia przeprowadzanie operacji laboratoryjnych w małej skali – w zasadzie przenosząc laboratorium na chip.
Przechodząc od fizyki stosowanej do fizjologii serca, JoVE odwiedza Uniwersytet George Washington, aby przedstawić zmodyfikowany preparat Langendorffa. JoVE opublikowało kilka artykułów prezentujących tę metodę przygotowania fizjologicznego, która pozwala sercu bić w izolacji przez wiele godzin. Podejście to polega na perfuzji wstecznej serca poprzez aortę, co zamyka zastawkę aortalną i wymusza przepływ utlenionego perfuzatu przez krwiobieg wieńcowy w celu podtrzymania tkanki serca.
Nasi autorzy przedstawiają modyfikację tej metody przygotowania, która polega na kaniulacji uszka lewego przedsionka, żyły głównej dolnej oraz tętnicy płucnej. W tym stanie wszystkie cztery jamy serca są kaniulowane, co zapewnia fizjologiczne ciśnienia obciążenia obu komór i eliminuje konieczność perfuzji wstecznej serca przez aortę. W związku z tym perfuzja serca odbywa się w kierunku prawidłowym, a serce samo generuje ciśnienie niezbędne do perfuzji wieńcowej.
Po uzyskaniu tego modelu pracującego serca dwukomorowego, autorzy przystępują do konfiguracji obrazowania fluorescencji nikotynamidoadeninowej dinukleotydu, czyli NADH. Koenzym ten, znajdujący się w mitochondriach, emituje fluorescencję w stanie zredukowanym, co pozwala na odczyt lokalnego stężenia tlenu, a tym samym metabolizmu serca. Badacze prezentują pomiary fluorescencji NADH przy różnych częstotliwościach stymulacji, ilustrując tym samym potencjał tego istotnego fizjologicznie modelu w dostarczaniu wiedzy na temat patologii serca.
W naszej sekcji Bioengineering JoVE odwiedza University of the Pacific w związku z artykułem dotyczącym produkcji syntetycznego jedwabiu pajęczego. W 2010 roku JoVE opublikowało artykuł z laboratorium Vierra, w którym zaprezentowano techniki mikrodysekcji służące do izolacji 12 gruczołów jedwabnych z pająka wdowy czarnej. Izolacja tych gruczołów umożliwia zastosowanie technik analitycznych w celu zidentyfikowania specyficznych białek jedwabiu pajęczego. Ponieważ pająki są jadowite i kanibalistyczne, ich hodowla w celu wielkoskalowej produkcji jedwabiu jest nierealna. W związku z tym laboratorium Vierra transformuje bakterie plazmidami zawierającymi białka jedwabiu i ekspresuje rekombinowane białka jedwabiu pajęczego w bakteriach.
W lipcowym wydaniu JoVE zespół Vierry przedstawia metodę izolacji i oczyszczania białka jedwabiu pająka z tych bakterii. Następnie autorzy pokazują, w jaki sposób oczyszczone białko jest przędzone w włókna, oraz prezentują metody zbierania tych włókien i oceny ich wytrzymałości. Jedwab pająka budzi ogromne zainteresowanie naukowców zajmujących się biomateriałami ze względu na jego biokompatybilność i właściwości mechaniczne, które sprawiają, że jest on wytrzymalszy niż stal konstrukcyjna. Laboratorium Vierry zaprezentowało produkcję jedwabiu pająka w skali laboratoryjnej, którą potencjalnie można rozszerzyć do procesu produkcji na dużą skalę. To krótkie podsumowanie streszcza cztery z pięćdziesięciu artykułów, które JoVE opublikuje w lipcu. Do innych godnych uwagi publikacji należą prezentacje elektroporacji ex ovo w późnych stadiach embrionów kurzych, produkcja białek sekrecyjnych z ludzkich komórek oraz hodowla ex vivo mózgów muszki owocówki.