- ประวัติศาสตร์
- ศตวรรษที่สิบเก้า
- ศตวรรษที่ยี่สิบ
- กำลังเรียนอะไร (วัตถุประสงค์ของการศึกษา)
- การประยุกต์ใช้งาน
- แนวคิดหลัก
- วิธีการ
- อ้างอิง
ชีวฟิสิกส์คือการศึกษาของกฎหมายทางกายภาพการดำเนินงานในสิ่งมีชีวิต เป็นวิทยาศาสตร์สหวิทยาการที่ใช้แนวทางและวิธีการทางฟิสิกส์เพื่อศึกษาปรากฏการณ์ทางชีววิทยา
หรือที่เรียกว่าชีววิทยาทางกายภาพเป็นส่วนหนึ่งของแนวคิดที่ว่าปรากฏการณ์ทั้งหมดที่สังเกตได้ในธรรมชาติมีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่คาดเดาได้และระบบสิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยกระบวนการตามกฎทางกายภาพ
เกลียวคู่ของสายโซ่ดีเอ็นเอ หนึ่งในข้อค้นพบหลักทางชีวฟิสิกส์ ที่มา: Joseluissc3
การอภิปรายซึ่งชีวฟิสิกส์ถือเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ชีววิทยาหรือทั้งสองอย่างเป็นเรื่องธรรมดา ในกรณีนี้สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแนวโน้มที่จะพิจารณาว่าเป็นสาขาหนึ่งของชีววิทยา
เนื่องจากการแลกเปลี่ยนความรู้มักเกิดจากฟิสิกส์ไปจนถึงชีววิทยาซึ่งได้รับการเสริมสร้างจากความก้าวหน้าและแนวคิดทางกายภาพ แต่ผลงานเดียวกันนี้ไม่สามารถยืนยันได้ในทางตรงกันข้ามนั่นคือจากประเด็นของฟิสิกส์บริสุทธิ์ไม่สามารถกล่าวได้ว่าชีวฟิสิกส์เสนอความรู้ใหม่
ชีวฟิสิกส์เป็นหลักฐานการทดลองทางฟิสิกส์และทำให้สามารถยืนยันทฤษฎีได้ แต่การแลกเปลี่ยนระหว่างฟิสิกส์กับชีววิทยานั้นชัดเจนในทิศทางเดียว
นักชีวฟิสิกส์ได้รับการฝึกฝนในวิทยาศาสตร์เชิงปริมาณของฟิสิกส์คณิตศาสตร์และเคมีเพื่อศึกษาทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการทำงานโครงสร้างพลวัตและปฏิสัมพันธ์ของระบบชีวภาพ ระบบเหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลเซลล์สิ่งมีชีวิตและระบบนิเวศที่ซับซ้อน
ประวัติศาสตร์
ต้นกำเนิดของชีวฟิสิกส์ย้อนกลับไปในศตวรรษที่สิบเจ็ดเมื่อวิทยาศาสตร์ธรรมชาติยังไม่ได้ถูกแบ่งออกเป็นสาขาวิชาที่แยกจากกันและในช่วงเวลาที่มีการตรวจสอบการเรืองแสงครั้งแรก
การศึกษาครั้งแรกที่ตรวจพบได้ดำเนินการโดยคณะเยซูอิตชาวเยอรมัน Athanasius Kircher (1602-1680) ซึ่งตีพิมพ์ผลงานของเขา Ars Magna Lucis et Umbrae และอุทิศสองบทให้กับการเรืองแสงของสัตว์
ความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้ากับชีววิทยาเป็นเรื่องของการคาดเดาไม่เพียง แต่ในศตวรรษที่สิบเจ็ดเท่านั้น แต่ในอีกสองศตวรรษข้างหน้า ในระหว่างที่เขาเข้าใกล้ความหลงใหลของมนุษย์ที่มีต่อสัตว์และไฟฟ้าจากธรรมชาติเช่นหิ่งห้อยหรือการปล่อยสายฟ้าตามธรรมชาติก็ปรากฏชัด
ในการวิจัยแนวนี้ในอิตาลีและในกลางศตวรรษที่ 18 มีการตรวจพบการทดลองของ Giovanni Beccaria เกี่ยวกับการกระตุ้นกล้ามเนื้อด้วยไฟฟ้าซึ่งทำให้เกิดความรู้ในด้านนี้
ในปี พ.ศ. 2329 Luigi Galvani ได้เริ่มการโต้เถียงเกี่ยวกับศักยภาพทางไฟฟ้าในสัตว์ คู่ต่อสู้ของเขาไม่ใช่ใครอื่นนอกจากอเลสซานโดรโวลตาที่พัฒนาแบตเตอรี่ไฟฟ้าทำให้ความสนใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับศักย์ไฟฟ้าในสิ่งมีชีวิตค่อนข้างลดลง
ศตวรรษที่สิบเก้า
หนึ่งในผลงานหลักในศตวรรษที่ 19 คือศาสตราจารย์ด้านสรีรวิทยาของ Du Bois-Reymond ในเบอร์ลินซึ่งเป็นผู้สร้างเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าและทำการศึกษาเกี่ยวกับกระแสของกล้ามเนื้อและศักยภาพทางไฟฟ้าของเส้นประสาท วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้กลายเป็นหนึ่งในจุดกำเนิดของชีวฟิสิกส์
อีกประการหนึ่งคือกองกำลังที่รับผิดชอบต่อการไหลของสารแบบพาสซีฟในสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะการไล่ระดับการแพร่กระจายและความดันออสโมติก ตามบรรทัดเหล่านี้ผลงานของAbbé JA Nollet และ Adolf Fick โดดเด่น
คนหลังนี้เป็นผู้ตีพิมพ์ข้อความทางชีวฟิสิกส์ฉบับแรก Die medizinische Physik หรือ Medical Physics ในภาษาสเปน ในงานของ Fick ไม่มีการทดลองใด ๆ แต่มีการเปรียบเทียบกับกฎการไหลของความร้อนซึ่งทำให้สามารถสรุปกฎหมายที่ควบคุมการแพร่กระจายได้ การทดลองในห้องปฏิบัติการในภายหลังพบว่าการเปรียบเทียบนั้นแน่นอน
ศตวรรษที่ยี่สิบ
ศตวรรษที่ 20 มีลักษณะเฉพาะโดยการเริ่มต้นด้วยความเชี่ยวชาญของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันซึ่งมุ่งเน้นไปที่การศึกษาผลกระทบของรังสี
ก้าวสำคัญของช่วงเวลานี้คือการตีพิมพ์หนังสือ¿Qué es la vida? โดยเออร์วินชเรอดิงเงอร์ในปีพ. ศ. 2487 ในกรณีนี้มีการเสนอการดำรงอยู่ของโมเลกุลในสิ่งมีชีวิตที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมในพันธะโควาเลนต์
หนังสือเล่มนี้และแนวคิดดังกล่าวเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ และทำให้พวกเขาค้นพบโครงสร้างเกลียวคู่ของดีเอ็นเอในปี 2496 โดยเจมส์วัตสันโรซาลินด์แฟรงคลินและฟรานซิสคริกเป็นผู้ค้นพบ
ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 มีความเป็นผู้ใหญ่ที่ชัดเจนของชีวฟิสิกส์ ในสมัยนั้นมีการนำเสนอหลักสูตรของมหาวิทยาลัยและเป็นที่นิยมในประเทศอื่น ๆ นอกเหนือจากเยอรมนี นอกจากนี้การสืบสวนได้รับจังหวะมากขึ้นเรื่อย ๆ
กำลังเรียนอะไร (วัตถุประสงค์ของการศึกษา)
ชีวกลศาสตร์เป็นหนึ่งในสาขาของชีวฟิสิกส์ ที่มา: Mutuauniversal
สาขาการศึกษาชีวฟิสิกส์ครอบคลุมทุกระดับขององค์กรทางชีววิทยาตั้งแต่ระดับโมเลกุลไปจนถึงระบบอินทรีย์และระบบอื่น ๆ ที่ซับซ้อนมากขึ้น ชีวฟิสิกส์สามารถแบ่งออกเป็นสาขาต่างๆดังต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับจุดเน้นของความสนใจ:
- ชีวกลศาสตร์:ศึกษาโครงสร้างทางกลที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและที่อนุญาตให้เคลื่อนไหวได้
- Bioelectricity:ศึกษากระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าและเคมีไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตหรือที่สร้างผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต
- พลังงานชีวภาพ:เป้าหมายของการศึกษาคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่เกิดขึ้นในระบบชีวภาพ
- Bioacoustics:เป็นวิทยาศาสตร์ที่ตรวจสอบการผลิตคลื่นเสียงการส่งผ่านของพวกมันโดยวิธีการบางอย่างและจับโดยสัตว์หรือระบบสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ
- Biophotonics:มุ่งเน้นไปที่ปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับโฟตอน
- รังสีวิทยา : ศึกษาผลทางชีววิทยาของรังสี (ไอออไนซ์และไม่ทำให้เกิดไอออน) และการใช้งานในภาคสนามและห้องปฏิบัติการ
- พลวัตของโปรตีน:ศึกษาการเคลื่อนไหวของโมเลกุลของโปรตีนและพิจารณาโครงสร้างหน้าที่และการพับ
- การสื่อสารระดับโมเลกุล : มุ่งเน้นไปที่การศึกษาการสร้างการส่งผ่านและการรับข้อมูลระหว่างโมเลกุล
การประยุกต์ใช้งาน
หัวข้อที่ตรวจสอบโดยชีวฟิสิกส์อาจทับซ้อนกับวิชาชีวเคมีอณูชีววิทยาสรีรวิทยานาโนเทคโนโลยีวิศวกรรมชีวภาพชีววิทยาระบบชีววิทยาเชิงคำนวณหรือเคมีกายภาพเป็นต้น อย่างไรก็ตามเราจะพยายามแยกแยะการใช้งานหลักของชีวฟิสิกส์
ด้วยการค้นพบดีเอ็นเอและโครงสร้างของมันชีวฟิสิกส์มีส่วนในการสร้างวัคซีนการพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพที่ช่วยในการวินิจฉัยโรคและการสร้างวิธีการทางเภสัชวิทยาใหม่ ๆ เพื่อรักษาโรคบางชนิด
ด้วยความเข้าใจในชีวกลศาสตร์ชีววิทยาสาขานี้ทำให้สามารถออกแบบขาเทียมที่ดีขึ้นและวัสดุนาโนที่ดีขึ้นซึ่งสามารถส่งมอบยาได้
ปัจจุบันชีวฟิสิกส์ได้เริ่มให้ความสำคัญกับประเด็นที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและปัจจัยแวดล้อมอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นกำลังดำเนินการพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพโดยใช้จุลินทรีย์ที่มีชีวิตเพื่อทดแทนน้ำมันเบนซิน
นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบชุมชนจุลินทรีย์และมลพิษในบรรยากาศจะถูกติดตามด้วยความรู้ที่ได้รับ
แนวคิดหลัก
- ระบบ : เป็นการรวมองค์ประกอบตามลำดับที่รวมอยู่ระหว่างขีด จำกัด จริงหรือจินตภาพซึ่งมีความสัมพันธ์และโต้ตอบซึ่งกันและกัน
- โปรตีน : โมเลกุลขนาดใหญ่ที่พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่มีความยาวหนึ่งสายหรือมากกว่าซึ่งทำหน้าที่เหมือนเครื่องจักรที่ทำหน้าที่หลากหลายเช่นโครงสร้าง (โครงกระดูก) กลไก (กล้ามเนื้อ) ทางชีวเคมี (เอนไซม์) และการส่งสัญญาณของเซลล์ (ฮอร์โมน)
- Biomembranes : ระบบของของเหลวที่ตอบสนองการทำงานทางชีวภาพจำนวนมากซึ่งต้องปรับองค์ประกอบและความหลากหลาย พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและเป็นที่เก็บโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนนับไม่ถ้วนและทำหน้าที่เป็นที่ยึดโปรตีน
- การนำ : เป็นการไหลของความร้อนผ่านสื่อที่เป็นของแข็งเนื่องจากการสั่นสะเทือนภายในของโมเลกุลเช่นเดียวกับอิเล็กตรอนอิสระและการชนกันระหว่างพวกมัน
- การพาความร้อน : หมายถึงการไหลของพลังงานผ่านกระแสของของเหลว (ของเหลวหรือก๊าซ) เป็นการเคลื่อนที่ของปริมาตรของเหลวหรือก๊าซ
- การแผ่รังสี : การถ่ายเทความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
- กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) : ชื่อทางเคมีของโมเลกุลที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด หน้าที่หลักของพวกมันคือการจัดเก็บข้อมูลระยะยาวเพื่อสร้างด้วยส่วนประกอบอื่น ๆ ของเซลล์พวกมันยังมีคำแนะนำที่ใช้สำหรับการพัฒนาและการทำงานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
- แรงกระตุ้นทางประสาท : เป็นแรงกระตุ้นทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในระบบประสาทส่วนกลางหรือในอวัยวะรับความรู้สึกต่อหน้าสิ่งกระตุ้น คลื่นไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซลล์ประสาททั้งหมดจะถูกส่งไปในทิศทางเดียวเสมอโดยเข้าสู่เดนไดรต์ของเซลล์และออกทางแอกซอน
- การหดตัวของกล้ามเนื้อ:กระบวนการทางสรีรวิทยาที่กล้ามเนื้อกระชับทำให้สั้นลงคงอยู่หรือยืดออกเนื่องจากการเลื่อนของโครงสร้างที่ประกอบขึ้น วงจรนี้เชื่อมโยงกับโครงสร้างของเส้นใยกล้ามเนื้อและการส่งผ่านศักย์ไฟฟ้าผ่านเส้นประสาท
วิธีการ
นักชีวฟิสิกส์ AV Hill เห็นว่าทัศนคติทางจิตเป็นเครื่องมือหลักของนักชีวฟิสิกส์ ด้วยสิ่งนี้เป็นรากฐานเขาให้เหตุผลว่านักชีวฟิสิกส์คือบุคคลที่สามารถแสดงปัญหาในแง่ทางกายภาพและผู้ที่ไม่แตกต่างจากเทคนิคเฉพาะที่ใช้ แต่เป็นวิธีที่พวกเขากำหนดและโจมตีปัญหา
สิ่งที่เพิ่มเข้ามาคือความสามารถในการใช้ทฤษฎีทางกายภาพที่ซับซ้อนและเครื่องมือทางกายภาพอื่น ๆ เพื่อศึกษาวัตถุธรรมชาติ นอกจากนี้พวกเขาไม่ได้ขึ้นอยู่กับเครื่องมือที่สร้างขึ้นในเชิงพาณิชย์เนื่องจากมักมีประสบการณ์ในการประกอบอุปกรณ์พิเศษเพื่อแก้ปัญหาทางชีววิทยา
ระบบอัตโนมัติของการวิเคราะห์ทางเคมีและกระบวนการวินิจฉัยอื่น ๆ โดยใช้คอมพิวเตอร์เป็นประเด็นที่ต้องพิจารณาในวิธีการทางชีวฟิสิกส์ในปัจจุบัน
นอกจากนี้นักชีวฟิสิกส์ยังพัฒนาและใช้วิธีการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ซึ่งพวกเขาสามารถจัดการและสังเกตรูปร่างและโครงสร้างของโมเลกุลที่ซับซ้อนเช่นเดียวกับไวรัสและโปรตีน
อ้างอิง
- Solomon, A. (2018, 30 มีนาคม). ชีวฟิสิกส์ สารานุกรมบริแทนนิกา. กู้คืนที่ britannica.com
- ชีวฟิสิกส์ (2019, 18 กันยายน). Wikipedia, สารานุกรม สืบค้นจาก wikipedia.org
- ผู้ร่วมให้ข้อมูล Wikipedia (2019, 23 กันยายน). ชีวฟิสิกส์ ใน Wikipedia สารานุกรมเสรี สืบค้นจาก wikipedia.org
- ชีวฟิสิกส์คืออะไร? รู้สาขาการศึกษาและประวัติศาสตร์ (2018, 30 พฤศจิกายน). กู้คืนจาก branchdelabiologia.net
- สังคม Byophysical (2019) ชีวฟิสิกส์คืออะไร. สืบค้นจาก biophysics.org
- นาห์เล, นาซิฟ. (2550) บทความการสอน: ชีวฟิสิกส์. องค์การตู้ชีววิทยา. กู้คืนจาก biocab.org