Zarys biofizyki

Poniższy zarys stanowi przegląd i aktualny przewodnik po biofizyce:

Biofizyka – interdyscyplinarna nauka wykorzystująca metody fizyki do badania układów biologicznych .

Natura biofizyki

Biofizyka jest

Dyscyplina akademicka – dziedzina wiedzy nauczana i badana na poziomie college'u lub uniwersytetu. Dyscypliny są definiowane (częściowo) i uznawane przez czasopisma akademickie, w których publikowane są badania, oraz towarzystwa naukowe i wydziały akademickie, do których należą ich praktycy.
Dziedzina naukowa (dziedzina nauki ) – szeroko uznana kategoria specjalistycznej wiedzy w ramach nauki, która zazwyczaj zawiera własną terminologię i nazewnictwo. Taka dziedzina będzie zwykle reprezentowana przez jedno lub więcej czasopism naukowych, w których publikowane są recenzowane badania.
- Nauka przyrodnicza – taka, która stara się wyjaśnić zasady rządzące światem przyrody za pomocą metod empirycznych i naukowych .
  - Nauka biologiczna – zajmująca się badaniem organizmów żywych , w tym ich strukturą, funkcją, wzrostem, ewolucją , rozmieszczeniem i taksonomią .
  - Gałąź fizyki – zajmująca się badaniem materii i jej ruchu w czasie i przestrzeni, wraz z powiązanymi pojęciami, takimi jak energia i siła .
Dziedzina interdyscyplinarna – dziedzina nauki, która pokrywa się z innymi naukami

Zakres badań biofizycznych

Skala biomolekularna
- Biomolekuła
- Struktura biomolekularna
Skala organizmu
Skala środowiskowa
- Środowisko biofizyczne

Badania biofizyczne pokrywają się z

Działy biofizyki

Astrobiofizyka – dziedzina z pogranicza astrofizyki i biofizyki zajmująca się wpływem zjawisk astrofizycznych na życie na planecie Ziemia lub ogólnie na innej planecie.
Biofizyka medyczna – interdyscyplinarna dziedzina, która stosuje metody i koncepcje od fizyki po medycynę lub opiekę zdrowotną , od radiologii po mikroskopię i nanomedycynę . Zobacz także fizyka medyczna .
- Biofizyka kliniczna – zajmuje się badaniem procesów i skutków działania niejonizujących energii fizycznych wykorzystywanych do celów diagnostycznych i terapeutycznych.
Biofizyka błon – badanie błon biologicznych metodami fizycznymi, obliczeniowymi, matematycznymi i biofizycznymi.
Biofizyka molekularna – interdyscyplinarna dziedzina, która stosuje metody i koncepcje z fizyki, chemii, inżynierii, matematyki i biologii do zrozumienia systemów biomolekularnych i wyjaśnienia funkcji biologicznych w kategoriach struktury molekularnej, organizacji strukturalnej i zachowania dynamicznego na różnych poziomach złożoności, od pojedynczych cząsteczek do struktury supramolekularne, wirusy i małe systemy żywe.

Techniki biofizyczne

Naukowiec używający mikroskopu stereoskopowego wyposażonego w przetwornik obrazu cyfrowego

Techniki biofizyczne – metody wykorzystywane do pozyskiwania informacji o układach biologicznych na poziomie atomowym lub molekularnym. Pokrywają się one z metodami z wielu innych dziedzin nauki.

Biofotonika – połączenie biologii i fotoniki, przy czym fotonika jest nauką i technologią wytwarzania, manipulacji i wykrywania fotonów, kwantowych jednostek światła. Biofotonikę można również opisać jako „rozwój i zastosowanie technik optycznych, zwłaszcza obrazowania, do badania cząsteczek biologicznych, komórek i tkanek”. Jedną z głównych korzyści stosowania technik optycznych składających się na biofotonikę jest zachowanie integralności badanych komórek biologicznych.
Obrazowanie wapnia – różne techniki optyczne rejestrowania lokalizacji i stężenia wapnia. Zwykle odbywa się to w próbkach komórek i tkanek przy użyciu kodowanych genetycznie lub pochodzenia chemicznego fluorescencyjnych barwników wskazujących na wapń.
Kalorymetria –
- izotermiczna kalorymetria miareczkowa (ITC) – mierzy efekty cieplne wywołane interakcjami.
Chromatografia – różne techniki z tej dziedziny są wykorzystywane do oczyszczania i analizy cząsteczek biologicznych
Dichroizm kołowy – metoda pomiaru chiralności próbki za pomocą światła spolaryzowanego kołowo . Ta technika jest powszechnie stosowana do określania struktury białek .
Chemia obliczeniowa – wykorzystanie metod numerycznych do badania struktury i równowagi dynamicznej w układach biologicznych.
Kriobiologia –
Interferometria z podwójną polaryzacją – technika analityczna stosowana do pomiaru w czasie rzeczywistym konformacji i aktywności szerokiej gamy biomolekuł oraz ich interakcji.
Elektrofizjologia – bada właściwości elektryczne błon komórkowych i dostarcza danych funkcjonalnych, często związanych z systematycznymi zmianami w strukturze.
- Zaciskanie łatek - dostarcza czasowych i elektrycznych informacji o komórce lub części membrany. Zazwyczaj dostarcza to danych na temat procesów elektrogenicznych, takich jak kanał jonowy lub aktywność transportera .
Mikroskopia elektronowa – służy do uzyskiwania obrazów o wysokiej rozdzielczości struktur subkomórkowych i białek.
Spektroskopia fluorescencyjna – do wykrywania przegrupowań strukturalnych, a także interakcji biomolekuł. Zobacz także Fluorescencja .
Spektroskopia sił – bada właściwości mechaniczne pojedynczych cząsteczek lub zespołów makrocząsteczkowych za pomocą małych elastycznych wsporników, skupionego światła laserowego lub pól magnetycznych.
Elektroforeza żelowa – określa masę, ładunek i oddziaływania cząsteczek biologicznych
Obrazowanie - naukowe obrazowanie materiałów biologicznych, zwykle za pomocą jakiejś formy mikroskopii lub czasami pośrednio, na przykład w krystalografii rentgenowskiej lub obrazowaniu komputerowym; w szerokim zakresie powiększeń, aby zobaczyć makrocząsteczki , komórki , tkanki lub organizmy
Spektrometria mas – technika dająca masę cząsteczkową z dużą dokładnością.
Termoforeza w mikroskali (MST) – metoda pomiaru powinowactwa wiązania, aktywności enzymatycznej, zmian konformacji cząsteczki oraz zmian wielkości, ładunku czy entropii hydratacji.
Mikroskopia – stosowana na wiele sposobów, na przykład w celu umożliwienia wykorzystania instrumentów laserowych do skanowania i transmisji.
- Mikroskopia sił atomowych –
Neuroobrazowanie –
Spektroskopia echa spinowego neutronów –
Spektroskopia Magnetycznego Rezonansu Jądrowego – metoda pomiaru lokalnego środowiska jąder atomowych w próbce. Może być używany do uzyskiwania informacji strukturalnych i kinetycznych o białkach i małych cząsteczkach.
NMR – dostarcza informacji o dokładnej budowie cząsteczek biologicznych, a także o dynamice
Pęseta optyczna i pęseta magnetyczna – umożliwiają manipulację pojedynczymi cząsteczkami, dostarczając informacji o DNA i jego interakcji z białkami i motorami molekularnymi , takimi jak helikaza i polimeraza RNA .
Reologia i mikroreologia
Spektroskopia pojedynczych cząsteczek – to technika, która jest wystarczająco czuła, aby wykrywać pojedyncze cząsteczki i często obejmuje wykrywanie fluorescencji.
Rozpraszanie promieni rentgenowskich pod małymi kątami (SAXS) – technika dająca zgrubną strukturę molekularną o niskiej rozdzielczości.
Spektrofotometria – pomiar przepuszczalności światła przez różne roztwory lub substancje przy różnych długościach fali światła.
- Kolorymetria –
Spektroskopia i dichroizm kołowy – metoda wykrywania grup chiralnych w cząsteczkach, zwłaszcza do określania struktury drugorzędowej białek
Ultrawirowanie – dostarcza informacji o kształcie i masie cząsteczek
Krystalografia rentgenowska – metoda dokładnego określania struktury cząsteczek z rozdzielczością atomową