الفيزياء الحيوية هي المجال الذي يطبق نظريات وطرق الفيزياء لفهم كيفية عمل النظم البيولوجية.
لقد كانت الفيزياء الحيوية ضرورية لفهم آليات كيفية صنع جزيئات الحياة ، وكيفية تحرك أجزاء مختلفة من الخلية ووظيفتها ، وكيفية عمل الأنظمة المعقدة في أجسامنا – الدماغ ، والدورة الدموية ، والجهاز المناعي ، وغيرها،. تُعد الفيزياء الحيوية مجالًا علمياً نابضاً بالحياة حيث يستخدمه العلماء في العديد من المجالات بما في ذلك الرياضيات والكيمياء والفيزياء والهندسة والصيدلة وعلوم المواد لتطوير مهاراتهم لاستكشاف وتطوير أدوات جديدة لفهم كيفية عمل علم الأحياء – طوال الحياة
الفيزياء الحيوية وعلاقتها مع المجالات الأخري:
يستخدم علماء الفيزياء الرياضيات لشرح ما يحدث في الطبيعة، يريد علماء الحياة فهم كيفية عمل النظم البيولوجية: تشمل هذه الأنظمة: الجزيئات والخلايا والكائنات والنظم البيئية المعقدة للغاية،كما يتضمن البحث البيولوجي في القرن الحادي والعشرين تجارب تنتج كميات هائلة من البيانات. كيف يمكن لعلماء الأحياء البدء في فهم هذه البيانات أو التنبؤ بكيفية عمل هذه الأنظمة؟
هذا هو المكان الذي يأتي فيه دور علماء الفيزياء الحيوية بحيث يتم تدريب علماء الفيزياء الحيوية بشكل فريد في العلوم الكمية للفيزياء والرياضيات والكيمياء وهم قادرون على معالجة مجموعة واسعة من الموضوعات ، بدءًا من كيفية تواصل الخلايا العصبية ، إلى كيفية التقاط الخلايا النباتية للضوء وتحويلها إلى الطاقة ، وكيف يمكن للتغيرات في الحمض النووي للخلايا السليمة أن تؤدي إلى تحولها إلى خلايا سرطانية ، إلى العديد من المشاكل البيولوجية الأخرى.
ماذا يفعل علماء الفيزياء الحيوية؟
يعمل علماء الفيزياء الحيوية على تطوير طرق للتغلب على المرض ، والقضاء على الجوع العالمي ، وإنتاج مصادر الطاقة المتجددة وتصميم أحدث التقنيات وحل الألغاز العلمية التي لا تعد ولا تحصى. باختصار ، فإن علماء الفيزياء الحيوية في طليعة حل المشاكل البشرية القديمة وكذلك مشاكل المستقبل.
تحليل البيانات الحيوية وهيكلتها:
تم حل بنية الحمض النووي في عام 1953 باستخدام الفيزياء الحيوية ، وكان هذا الاكتشاف مهمًا لإظهار كيف يشبه الحمض النووي مخططًا للحياة، ويمكننا الآن قراءة تسلسل الحمض النووي من آلاف البشر وجميع أنواع الكائنات الحية، بأستخدام التقنيات البيوفيزيائية الضرورية أيضًا لتحليل هذه الكميات الهائلة من البيانات.
نمذجة الكمبيوتر:
يقوم علماء الفيزياء الحيوية بتطوير واستخدام طرق النمذجة الحاسوبية لرؤية ومعالجة أشكال وهياكل البروتينات والفيروسات والجزيئات المعقدة الأخرى ، والمعلومات الحاسمة اللازمة لتطوير أهداف دوائية جديدة ، أو فهم كيفية تحور البروتينات وتسبب نمو الأورام.
الجزيئات في حالة الحركة:
يدرس علماء الفيزياء الحيوية كيف تتحرك الهرمونات حول الخلية ، وكيف تتواصل الخلايا مع بعضها البعض. باستخدام علامات الفلورسنت ، تمكن علماء الفيزياء الحيوية من جعل الخلايا تتوهج مثل اليراع تحت المجهر والتعرف على نظام النقل الداخلي المعقد للخلية .
علم الأعصاب:
يقوم علماء الفيزياء الحيوية ببناء نماذج حاسوبية تسمى الشبكات العصبية لنمذجة كيفية عمل الدماغ والجهاز العصبي ، مما يؤدي إلى فهم جديد لكيفية معالجة المعلومات المرئية والسمعية.
الهندسة الحيوية والتقنيات النانوية والمواد الحيوية:
لقد كانت الفيزياء الحيوية مهمة أيضًا لفهم الميكانيكا الحيوية وتطبيق هذه المعلومات على تصميم أطراف اصطناعية أفضل ومواد نانوية أفضل لتوصيل الأدوية.
التصوير التشخيصي:
طور علماء الفيزياء الحيوية تقنيات تصوير تشخيصية معقدة بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي ، والتصوير المقطعي المحوسب ، ومسح PET. تستمر الفيزياء الحيوية في كونها ضرورية لتطوير تقنية أكثر أمانًا وسرعة وأكثر دقة لتحسين التصوير الطبي وتعليمنا المزيد عن عمل الجسم الداخلي.
التطبيقات الطبية:
كانت الفيزياء الحيوية ضرورية لتطوير العديد من العلاجات والأجهزة المنقذة للحياة بما في ذلك غسيل الكلى ، والعلاج الإشعاعي ، وأجهزة تنظيم ضربات القلب ، وصمامات القلب الاصطناعية.
النظم البيئية الحيوية:
تقيس الفيزياء الحيوية البيئية جميع جوانب البيئة من الستراتوسفير إلى فتحات المحيطات العميقة. يقوم علماء الفيزياء الحيوية البيئية بالبحث في المجتمعات الميكروبية المتنوعة التي تعيش في كل مكان على هذا الكوكب ، ويتتبعون الملوثات عبر الغلاف الجوي ، ويجدون طرقًا لتحويل الطحالب إلى وقود حيوي.
أين يعمل علماء الفيزياء الحيوية؟
علماء الفيزياء الحيوية هم مدرسون وباحثون في علم الأحياء والفيزياء والهندسة والعديد من المجالات الأخرى. إنهم يعملون في الجامعات والمستشفيات والشركات التقنية الناشئة والشركات الهندسية التي تطور اختبارات تشخيصية جديدة أو أنظمة توصيل الأدوية أو الوقود الحيوي المحتمل. يقوم علماء الفيزياء الحيوية بتطوير نماذج حاسوبية لمعرفة السبب الذي يجعل سلالة الإنفلونزا الجديدة تتهرب من جهاز المناعة أو تصنع نماذج ثلاثية الأبعاد لهياكل بروتينية جديدة لفهم كيفية عملها بشكل أفضل. يمارسون القانون في مجالات متخصصة مثل الملكية الفكرية ، ويكتبون عن العلوم للطباعة والمنشورات عبر الإنترنت ، ويعملون في الحكومة لتقديم المشورة إلى الهيئات التشريعية. أولئك الذين تم تدريبهم في الفيزياء الحيوية لديهم إمكانيات وظيفية غير محدودة.
