رشته بیوفیزیک
اگر درمورد فرآیند‌های زیستی کنجکاو هستید و از حل معما ،طراحی آزمایش، و یا کار با اعداد و ارقام و رایانه لذت می‌برید، فرصت‌های هیجان‌انگیزی دربیوفیزیک در انتظار شماست. بیوفیزیک دانشی میان رشته‌ای است که در مرز مشترک ریاضی، فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی ، و حتی کامپیوتر قرار دارد. دانشمندان دراین رشته با به کارگیری قوانین حاکم براین علوم به مطالعه‌ی چگونگی کارکرد موجودات زنده می‌پردازند. موضوعاتی هم‌چون تئوری اطلاعات، علوم کامپیوتر، هوش مصنوعی، وسایبرنتیک (الگوسازی از روی موجودات زنده) ازجمله موارد مطالعات بیوفیزیک‌دان‌ها هستند. تلاش برای ساخت حافظه‌های کامپیوتری با الگوگیری ازمولکول DNA، ساخت زیردریایی، رادارهای صوتی، بررسی آثار امواج ماکرویو و امواج الکترومغناطیسی بی‌سیم بر مغز، تولید الکتریسیته توسط جان‌داران زنده و… مسائلی عملی پیش روی پژوهش‌گران در این عرصه است.
بیوفیزیک‌دانان سعی می‌کنند بفهمند که مغز چگونه اطلاعات را پردازش و ذخیره‌سازی می‌کند؟ , قلب چگونه خون را به داخل رگ‌ها پمپ می‌کند؟، ماهیچه‌ها چگونه منقبض می‌شوند؟، گیاهان چگونه در فرآیند فتوسنتز نور را جذب می‌کنند؟، ژن‌ها چگونه روشن وخاموش(فعال وغیر‌فعال) می‌شوند؟، و بسیاری پرسش‌های دیگر …. بیوفیزیک‌دانان به طورویژه به فیزیک وشیمی-فیزیک فرآیند‌های زیستی توجه می‌کنند ودر این راستا از اندازه‌گیری، سنجش‌های کمی، وتحلیل بیش‌ترین کمک را می‌گیرند.
چالش‌هایی البته روان‌شناسان، زیست‌شناسان مولکولی و سلولی، دانشمندان علم ژنتیک، وبیوشیمی‌دان‌ها هم روی این مباحث کار می‌کنند ولی دیدگاه بیوفیزیک‌دانان اساسا از آنها متفاوت است. که بیوفیزیک‌دانان با آنها مواجه هستند در سطوح مختلفی قرار دارند. در بالاترین سطح بررسی چگونگی فرآیند اندیشیدن، حس کردن، چشیدن، شنیدن، و دیدن در موجودات زیست‌مند قرار دارد. این گروه از دانشمندان سازوکار تنفس ونیز کارکرد سیستم دفاعی بدن موجودات زنده را مورد مطالعه قرار می‌دهند. گروهی از ایشان هم به مطالعه‌ی فرآیند‌های زیستی در ابعاد تک سلولها می‌پردازند. آنها تحقیق می کنند که سلولها چگونه حرکت می‌کنند، تقسیم می‌شوند، وبه محرک‌های محیطی پاسخ می‌دهند ونیز چگونه به مواد اجازه می‌دهند به آنها راه یابند ودرآن‌ها جابه‌جا شوند. برخی دیگر از این دانشمندان هم به ساختار و رفتار زیست‌مولکول‌های سازنده‌ی سلولها (مولکول‌های خیلی بزرگ مثل DNAوپروتئین‌ها) علاقه‌مندند. توانایی این مولکولها برای انجام فعالیت‌های زیستی‌ی پیچیده به ساختار سه بعدی و ویژگی‌های دینامیکی‌ی آنها وابسته است.
گرایش های بیوفیزیک :
- (۱) بیوفیزیک مولکولی
- (۲) بیوفیزیک سلولی
- (۳) بیوفیزیک جمعیت‌های سلولی
- (۴) بیوفیزیک فیزیولوژیک
- (۵) بیوفیزیک پرتوها و گرما
- (۶) بیوفیزیک نظری
بیوفیزیک سلولی چیست ؟
ترکیبات عمده تشکیل دهنده غشاهای زیستی ، لیپیدها و پروتئینها هستند. غشای سلولهای پستانداران شامل مقدار کمی کربوهیدرات به صورت اتصال یافته با پروتئین (گلیکوپروتئین) و یا لیپید (گلیکولیپید) است. غشای سلولها بیشتر از فسفولیپیدها ساخته شده‌اند. پروتئینهای غشایی را به دو گروه تقسیم می‌کنند. پروتئینهای سراسری و پروتئینهای پیرامونی. روشهایی نظیر طیف سنجی فلورسانس و NMR قابلیت حرکت دو لایه لیپیدی را تایید می‌کنند. لیپیدهای غشایی همانند کریستال مایع رفتار می‌کنند و دارای سیالیت و تغییر پذیری هستند. این حالت برای غشای سلول توانایی انجام اعمال مهم غشایی را فراهم می‌کند. کانالهای متعددی در غشا وجود دارد که مولکولها و یونهای کوچک از آنها می‌گذرند. غشای سلول به عنوان خازن الکتریکی
به استثنای قسمت مجاور سطوح غشای سلول ، بارهای منفی و مثبت دقیقا با یکدیگر برابر هستند. این موضوع موسوم به اصل خنثی بودن الکتریکی است. به این معنی که به ازای هر یون مثبت یک یون منفی در همان حوالی برای خنثی کردن آن وجود دارد. در غیر این صورت اختلاف پتانسیلهایی به میزان بیلیونها ولت در خارج مایعات ظاهر می‌گشت. هنگامی که یونهای مثبت به خارج از غشا تلمبه زده می‌شوند این بارهای مثبت در طول سطح خارجی غشا صف می‌کشند و آنیونهایی که در داخل غشا باقی مانده بودند در طول سطح داخلی غشا صف می‌کشند. این امر یک لایه دیپولی از بارهای مثبت و منفی بین داخل و خارج غشا ایجاد می‌کند، این همان اثری است که هنگامی که سلاحهای یک خازن الکتریکی دارای بار الکتریکی می‌شود، بوجود می‌آید. لایه دو طبقه چربی به عنوان یک عایق برای خازن غشای سلول عمل می‌کند.
خدمت بیوفیزیک به فیزیک
فیزیک‌دانان برای مطالعه‌ی سیستم‌های زیستی باید به ابزارهایی مثل مکانیک آماری، کوانتم مکانیک، ترمودینامیک غیر تعادلی و… مجهز باشند. مسائل زیستی به فیزیک پیشه‌ها خدمت فراوانی کرده‌است .مثلا به آنها آموخته است که ساخت موتور با بازدهی بالا و در ابعاد کوچک (حدود نانو متر) امکان‌پذیر است یا این‌که آزمایش باسلول‌های منفرد عملی است. هم‌چنین بیوفیزیک مسائلی را به جامعه‌ی فیزیک معرفی کرده است که فیزیک‌دانان هنوز برای آنها پاسخ‌های قانع کننده‌ای نیافته‌اند. مسائلی نظیر پیچش پروتئینها، ساز و کار خواندن اطلاعات از روی DNA، وعدم وجود تقارن چپ‌گرد و راست‌گرد از آن جمله‌اند.
خدمت بیوفیزیک به بیوتکنولوژی :
نتایج تحقیقات بیوفیزیک‌پیشه‌ها تأثیر گسترده‌ای بر زیست فناوری وداروسازی دارد. محققان این عرصه ابزارهایی برای فهم اساس مولکولی بیماری‌هایی نظیر ایدز(AIDS) فراهم می‌کنند. آگاهی از چگونگی‌ی کارکرد پروتئینها وغشاها، پایه‌ای برای طراحی منطقی داروها ارائه می‌کند.و…