A biofizika olyan tudományág a fizikai és biológiai határfelületen, ahol a fizikai fogalmak, valamint a fizika megfigyelési és modellezési eszközei alkalmazandók a biológiai jelenségekre.
A tágabb értelemben vett biológia számos területén részesült a biofizika fejlődéséből. Az ökológia, a fajok fejlődése , a fejlődés , az orvostudomány , a sejtbiológia vagy akár a molekuláris biológia néhány példa a biofizikai megértés alkalmazására.
A fizikától örökölt megközelítést alkalmazzák ott:
A modern biofizika néhány kategóriába sorolható: orvosi biofizika (képalkotás, sugárzás, detektálás, optika), molekuláris biofizika (fehérjék felépítése, fehérje-fehérje kölcsönhatások, a DNS 3D-s szerkezete), sejtbiofizika (a sejt és alkotórészeinek mechanikai jellemzői) , genetikai jelzőhálózatok modellezése), szövetbiofizika (szervnövekedési folyamat, biomechanika , kollektív migrációs jelenségek), valamint környezeti és populációs biofizika (a bioszféra környezetének összetevői , evolúcióelmélet).
A fiziológusok, akik az első biofizikusok voltak, később bebizonyították, hogy a fizika törvényei szükségesek és elegendőek az élőlények magyarázatához. Közepe felé a XIX E század multidiszciplináris iskola épül Berlin körül számok, mint Johannes Müller és Hermann von Helmholtz , és feltárja különösen a szerepe az elektromos áram az idegrendszerben folyamatok, vagy az élettani szempontból . Elején a XX th században , Darcy Thompson megjelent művét, a növekedésre és a forma , ahol megmutatja, hogy az összetett folyamat kialakulásának formájában embrió is magyarázható fizikai elvek és egyszerű matematika, ihlette például a fizika habok . A XX . Század folyamán a vitalizmus elmélete használhatatlanná vált, és a biofizika a fizikai és kémiai technikákon keresztül átfogóan jellemzi a célokat. A második világháború után számos kutató, nevezetesen a Cambridge-i Egyetemen forradalmasította a biofizikát, például röntgenkristályos módszerrel fedezte fel a DNS szerkezetét ( James Watson , Francis Crick , Maurice Wilkins és Rosalind Franklin , az első három megszerezte a Fiziológia vagy orvostudomány Nobel-díja 1962-ben ezért a felfedezésért), elektrofiziológia az akciós potenciál terjedésének felfedezésére az idegekben ( Alan Lloyd Hodgkin és Andrew Huxley , aki fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjat nyert 1963-ban), vagy a vegyi anyag szerepe folyamatok az embrió mintaképzésében ( Alan Turing 1952-ben).
A biofizika ugyanazokkal a törvényekkel kívánja megmagyarázni a biológiai jelenségeket, amelyek a világ többi részén is érvényesek. Ezért a XX . Század eleji élettan közvetlen örököse . Ami sok más összetett rendszert ( plazmákat , szupravezéreket ...) illet, a biofizikusok igyekeznek az élővilág tipikus jelenségeihez igazított elméleteket kidolgozni. Sok esetben az ilyen elméletek kiemelnek bizonyos közös pontokat a priori nagyon különböző megfigyelések között , és új perspektívákat nyitnak meg. Kiderült, hogy az élő szervezetek a legösszetettebb és legváltozatosabb fizikai rendszerek közé tartoznak a megfigyelésünk számára. Mégis figyelemre méltó egység van sejtszinten, amit már a sejtek mikroszkóp alatt végzett első megfigyelései is bizonyítottak (Schleiden 1838, Schwann 1840, Virchow 1855). A biológiai folyamatok fizikai és matematikai leírásában az egyetemesség egyik fő példája a reakció-diffúzió elmélete , amelyet Turing fejlesztett ki 1952-ben, hogy megmagyarázza az olyan minták, mint a csíkok vagy a pöttyösek ex nihilo képződését az állatok kabátjában azok kifejlődése során. Ez az elmélet, amely még mindig intenzív kutatás tárgya a fejlődésbiológiában, alkalmazható kémiai, ökológiai vagy geológiai folyamatok leírására is.
Az összes élő sejtben előforduló fizikai folyamatok egységének fokozatos felfedezése fontos mozgatórugó volt a biofizika fejlődésében. A fizikusok szintetikus elméletek javaslatával próbálják megmagyarázni a megfigyelések lényegét. A legnagyobb sikereket akkor érjük el, ha több megfigyelés különböző összefüggésekben, különböző organizmusokban kapcsolódik ugyanahhoz a fizikai magyarázathoz.
Szakcikkek:
A biofizikában különösen fontos elméleti fizika területei:
A megfigyelési technikák elsősorban a fizika fejlődésének köszönhetően alakultak ki:
Mindez megköveteli e molekulák manipulálását és tisztítását nagynyomású folyadékkromatográfia ( HPLC ), elektroforézis , kristályogenezis , áramlási citometria , géntechnológia és technikák alkalmazásával elegendő mennyiségű azonos molekula előállításához, például a polimeráz láncreakciót .
A berendezés még nem képes egy molekula "meglátására", de nagyszámú azonos molekula ellenőrzött sugárzással történő "megvilágításával", a röntgentől a rádióhullámokig (NMR, RPE) le lehet következtetni azok szerkezetére. az újra kibocsátott sugárzás elemzése. A kvantumfizikán alapuló alapvető elméleti modell , tehát a számítógépes eszközök használata elengedhetetlen.
Az újra kibocsátott sugárzást arra is felhasználják, hogy ezeket a molekulákat az űrben lokalizálják ; ezt használják a képalkotásban. Ez gyakran magában foglalja az érdekes molekula összekapcsolását egy biofoton fluorfórral .
Számtalan példa van ezen technikák orvoslásban történő alkalmazására. Megtarthatjuk például a dekódolt genomot , az AIDS és a TAT fehérjét ( AIDS és a tat (HIV) (en) ), az RPE használatát .
Az egyik tudományág ezeket a különböző eszközöket és technikákat alkalmazza az orvostudományban való alkalmazásukra: a strukturális genomika .