آموزشی بیوفیزیک چیست؟

[noora]

بیوفیزیک چیست؟​

بیوفیزیک چیست؟
رشته ی بیوفیزیک یک علم میان رشته ای است که رویکردها و روش هایی را که به طور سنتی در فیزیک برای بررسی پدیده های بیولوژیکی استفاده می شود ، به کار می برد. رشته ی بیوفیزیک تمام مقیاس های سازمان بیولوژیکی ، از مولکولی گرفته تا ارگانیسم و جمعیت را در بر می گیرد. تحقیقات بیوفیزیکی با بیوشیمی ، زیست شناسی مولکولی ، شیمی فیزیکی ، فیزیولوژی ، نانوتکنولوژی ، مهندسی زیستی ، زیست محاسباتی ، بیومکانیک ، زیست شناسی رشد و زیست شناسی سیستم ها همپوشانی قابل توجهی دارد.

 

[noora]

اصطلاح بیوفیزیک در ابتدا توسط کارل پیرسون در سال 1892 معرفی شد. اصطلاح بیوفیزیک نیز به طور منظم در دانشگاه برای استفاده از مقادیر فیزیکی (به عنوان مثال جریان الکتریکی ، دما ، تنش ، آنتروپی) در سیستم های بیولوژیکی استفاده می شود.

 

[noora]

رشته ی بیوفیزیک مولکولی به طور معمول سوالات بیولوژیکی مشابه بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی را برطرف می کند و بدنبال یافتن پایه های فیزیکی پدیده های بیومولکولی است. دانشمندان در این زمینه تحقیقاتی را انجام می دهند که مربوط به درک متقابل بین سیستم های مختلف سلول است ، از جمله فعل و انفعالات بین DNA ، RNA و بیوسنتز پروتئین و همچنین نحوه تنظیم این تعاملات. از تکنیک های بسیار متنوعی برای پاسخ به این سالات استفاده می شود.

 

[noora]

روشهای تصویربرداری فلورسنت ، و همچنین میکروسکوپ الکترونی ، کریستالوگرافی اشعه ایکس ، طیف سنجی NMR ، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و پراکندگی با زاویه کوچک (SAS) هر دو با اشعه X و نوترون (SAXS / SANS) اغلب برای تجسم ساختارها استفاده می شود از اهمیت بیولوژیکی پویایی پروتئین را می توان با اسپکتروسکوپی اکو نوترون مشاهده کرد. تغییر ساختاری ساختار را می توان با استفاده از تکنیک هایی مانند تداخل سنجی دو قطبی سازی ، دو رنگ گرایی دایره ای ، SAXS و SANS اندازه گیری کرد. از دستکاری مستقیم مولکول ها با استفاده از موچین نوری یا AFM می توان برای نظارت بر رویدادهای بیولوژیکی که نیروها و فواصل در مقیاس نانو هستند نیز استفاده کرد. بیوفیزیکدانان مولکولی غالباً وقایع پیچیده بیولوژیکی را به عنوان سیستم هایی از موجودات متقابل در نظر می گیرند که از طریق مکانیک آماری ، ترمودینامیک و سینتیک شیمیایی می توان آنها را درک کرد. با بهره گیری از دانش و تکنیک های آزمایشی از طیف گسترده ای از رشته ها ، بیوفیزیکدان ها اغلب قادر به مشاهده مستقیم ، مدل سازی یا حتی دستکاری ساختارهای متقابل مولکول ها یا مجتمع های منفرد هستند.​

 

[noora]

علاوه بر مباحث رشته ی بیوفیزیک سنتی (به عنوان مثال مولکولی و سلولی) مانند بیولوژی ساختاری یا سینتیک آنزیم ، رشته ی بیوفیزیک مدرن طیف گسترده ای از تحقیقات را شامل می شود ، از بیوالکترونیک گرفته تا بیولوژی کوانتوم که شامل ابزارهای آزمایشی و نظری است. استفاده از مدل ها و تکنیک های آزمایشی حاصل از فیزیک ، و همچنین ریاضیات و آمار ، برای سیستم های بزرگتر مانند بافت ها ، اندام ها ، جمعیت ها و اکوسیستم ها ، به طور فزاینده ای برای متخصصان رشته ی بیوفیزیک رایج می شود. مدلهای بیوفیزیکی به طور گسترده در مطالعه هدایت الکتریکی در سلولهای عصبی منفرد و همچنین تجزیه و تحلیل مدار عصبی در بافت و کل مغز استفاده می شود.

 

[noora]

فیزیک پزشکی ، شاخه ای از بیوفیزیک ، هر کاربرد فیزیک در پزشکی یا مراقبت های بهداشتی است ، از رادیولوژی گرفته تا میکروسکوپ و نانو پزشکی. به عنوان مثال ، ریچارد فاینمن ، فیزیکدان درباره آینده پزشکی نانو نظریه پردازی کرد. فاینمن و آلبرت هیبز پیشنهاد کردند که ممکن است روزی اندازه گیری برخی از ماشین آلات تعمیرات به حدی باشد که بتوان “به قول فاینمن” “پزشک را ببلعد”. این ایده در مقاله فاینمن در سال 1959 ، فضای زیادی در پایین وجود دارد ، مورد بحث قرار گرفت.

 

[noora]

زیرشاخه های رشته بیوفیزیک

در حالی که برخی از کالج ها و دانشگاه ها دپارتمان های بیوفیزیک اختصاصی دارند ، معمولاً در مقطع تحصیلات تکمیلی ، بسیاری از آنها دپارتمان های بیوفیزیک در سطح دانشگاه ندارند ، در عوض گروه هایی در گروه های مرتبط مانند بیوشیمی ، زیست شناسی سلولی ، شیمی ، علوم کامپیوتر ، مهندسی ، ریاضیات ، پزشکی دارند. ، زیست شناسی مولکولی ، علوم اعصاب ، داروشناسی ، فیزیک و فیزیولوژی. بسته به نقاط قوت یک گروه در یک دانشگاه ، تأکیدهای متفاوتی بر رشته های بیوفیزیک داده خواهد شد. آنچه در زیر می آید لیستی از نمونه های چگونگی اعمال هر بخش در تلاش برای مطالعه بیوفیزیک است. این لیست به سختی همه کاره است. همچنین هر موضوع مطالعه منحصراً به گروه خاصی تعلق ندارد. هر موسسه دانشگاهی قوانین خاص خود را وضع می کند و هم پوشانی زیادی بین گروه ها وجود دارد.

 

[noora]

• زیست شناسی مولکولی – تنظیم ژن ، پویایی تک پروتئین ، انرژی زیستی، بیومکانیک ، ویروفیزیک.
• زیست شناسی ساختاری – ساختارهای با مقیاس Ångstrom پروتئین ها ، اسیدهای نوکلئیک ، لیپیدها ، کربوهیدرات ها و مجتمع های آن.
• بیوشیمی و شیمی – ساختار بیومولکولی ، siRNA ، ساختار اسید نوکلئیک ، روابط ساختار و فعالیت.
• علوم کامپیوتر – شبکه های عصبی ، پایگاه داده های بیومولکولی و دارویی.
• شیمی محاسباتی – شبیه سازی دینامیک مولکولی ، اتصال مولکولی ، شیمی کوانتوم
• بیوانفورماتیک – ترازبندی توالی ، ترازبندی ساختاری ، پیش بینی ساختار پروتئین
• ریاضیات – نظریه نمودار / شبکه ، مدل سازی جمعیت ، سیستم های دینامیکی ، فیلوژنتیک.
• پزشکی – تحقیقات بیوفیزیکی که بر پزشکی تأکید دارد. بیوفیزیک پزشکی رشته ای است که با فیزیولوژی ارتباط نزدیک دارد. این جنبه ها و سیستم های مختلف بدن را از منظر فیزیکی و ریاضی توضیح می دهد. به عنوان مثال می توان به پویایی مایعات جریان خون ، فیزیک تنفس گاز ، تابش در تشخیص / درمان و موارد دیگر اشاره کرد. بیوفیزیک به عنوان یک موضوع پیش بالینی در بسیاری از دانشکده های پزشکی ، عمدتا در اروپا تدریس می شود.
• علوم اعصاب – مطالعه شبکه های عصبی به صورت آزمایشی (برش مغز) و همچنین از لحاظ تئوری (مدل های رایانه ای) ، قابلیت غشایی ، ژن درمانی ، درک تومورها.
• داروشناسی و فیزیولوژی – كانالومیك ، فعل و انفعالات بیومولكولی ، غشای سلولی ، پلی كتییدها.
• فیزیک – جاسوسی ، فرآیندهای تصادفی و توسعه تکنیک ها و ابزار دقیق جدید فیزیکی و همچنین کاربرد آنها.
• زیست شناسی کوانتوم – رشته زیست شناسی کوانتوم مکانیک کوانتوم را برای اشیا biological و مشکلات بیولوژیکی اعمال می کند. ایزومرهای تزئینی برای بازده های پایه وابسته به زمان. این مطالعات به معنی کاربردهایی در محاسبات کوانتومی است.
• زراعت و کشاورزی

بسیاری از تکنیک های بیوفیزیک مختص این رشته است. تلاش های تحقیقاتی در بیوفیزیک اغلب توسط دانشمندانی آغاز می شود که با آموزش زیست شناس ، شیمی دان یا فیزیکدان بودند.