الفيزياء الحيوية (Biophysics) هو فرع من العلوم الطبيعية يركز على تطبيق مبادئ وأدوات الفيزياء في فهم الظواهر والعمليات الحيوية. يقوم علماء الفيزياء الحيوية بدمج المفاهيم والتقنيات الفيزيائية مع البيولوجيا لفهم الجوانب الفيزيائية والميكانيكية للأنظمة الحية والعمليات الحيوية.
مجالات البحث في الفيزياء الحيوية
- تركيب ووظيفة البروتينات: دراسة الخصائص الفيزيائية للبروتينات وتفاعلاتها الحيوية، والبحث عن التركيب ثلاثي الأبعاد للبروتينات باستخدام تقنيات مثل الطيفية النووية المغناطيسية والأشعة السينية لفهم كيفية عملها في الخلايا.
- الديناميكية الحيوية: دراسة حركة الجزيئات والخلايا والأنظمة الحية باستخدام النمذجة الرياضية والمحاكاة الحاسوبية، وتحليل التغيرات الزمنية في المواد الحية.
- قنوات الأيونات والاستجابة الحيوية: دراسة القنوات الأيونية وكيفية تأثيرها على الجهاز العصبي والعضلات والخلايا الحية.
- تكنولوجيا الحيوية والحيونانوتكنولوجيا: استخدام التقنيات الفيزيائية لدراسة وتلافي الأمراض الجينية والخلل الحيوي، بالإضافة إلى استخدام النانوتكنولوجيا في الطب والأبحاث الحيوية.
- تطور النظم الحيوية: دراسة تطور الأنواع والتفاعلات الجينية التي تؤدي إلى التنوع الحيوي.
تعتمد الفيزياء الحيوية على مجموعة واسعة من الأدوات والتقنيات، مثل الطيفية النووية المغناطيسية، الاستشعار الحيوي، التحسين الحيوي، والتصوير الحيوي. يهدف هذا التخصص إلى تحسين فهمنا للأنظمة الحية بشكل أعمق من خلال النظر فيها من منظور فيزيائي والتعرف على القوانين والمبادئ التي تحكمها.
تطور الفيزياء الحيوية
تطورت الفيزياء الحيوية على مر العصور بالتزامن مع تطور الفهم العلمي للعالم الحيوي وتقدم التقنيات الفيزيائية. يمكن تقسيم تطور الفيزياء الحيوية إلى عدة مراحل:
- الفترة التأسيسية (القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين):
في هذه المرحلة، كانت الفيزياء الحيوية تركز على الظواهر الحيوية الأساسية مثل الحركة والحرارة والضغط في الكائنات الحية. تطورت مفاهيم مثل الحرارة الحيوية والتوازن الحراري للكائنات الحية. - التطور في فهم الهياكل الحيوية (منتصف القرن العشرين):
مع تطور التقنيات الحديثة مثل المجهر الإلكتروني والأشعة السينية، بدأ العلماء في فهم هياكل البروتينات والمواد الحيوية الأخرى على مستوى ذري. كما بدأ الاهتمام بتفاعلات البروتين والتفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلايا. - البحث في الديناميكية الحيوية (نهاية القرن العشرين):
تركزت الفيزياء الحيوية على دراسة الحركة والديناميكية في الخلايا والجزيئات الحية. استخدمت تقنيات الطيفية الحيوية والمجهرية لفهم الحركة الخلوية والعمليات الحيوية المختلفة. - العصر الحديث (بداية القرن الحادي والعشرين):
مع تقدم التقنيات الحاسوبية والتحسين الحيوي، أصبح من الممكن دراسة الأنظمة الحيوية بدقة أكبر وتحليل البيانات الضخمة المتعلقة بالجينوم والبروتيوم والتفاعلات الحيوية بشكل أعمق.
تعتبر الفيزياء الحيوية حقلًا متنوعًا ومتعدد التخصصات، ويساهم الباحثون فيه في فهم الظواهر الحيوية بشكل أفضل وتطوير التطبيقات الطبية والصناعية المبتكرة. يُعَدُّ التطور في هذا المجال أحد الأسباب الرئيسية لتقدم الطب والعلوم الحيوية بشكل عام، حيث يفتح أفاقًا واسعة لفهم الأمراض وتطوير العلاجات وتصميم التكنولوجيات الحيوية الحديثة.
دراسة الفيزياء الحيوية
المدة
- تستغرق مدة دراسة البكالوريوس من 4 – 5 سنوات كحد أقصى.
- ودرجة الماجستير تستغرق دراسته سنتان دراسيتان الى ثلاث سنوات فقط.
شروط دراسة بكالوريوس الفيزياء الحيوية
- أن يكون الطالب حاصل على الثانوية العامة بمعدل لا يقل عن 60%.
- أن يكون الطالب لديه اهتمام في مجال الفيزياء, الرياضيات, علم الاحياء
شروط دراسة ماجستير الفيزياء الحيوية
يجب على المتقدمين لبرنامج الفيزياء الحيوية أن يكونوا حاصلين على درجة البكالوريوس أو درجة جامعية معادلة أو أنهم في طريقهم لإكمالها. في معظم الحالات ، يستلزم ذلك إكمال دورة دراسية جامعية مدتها 4 سنوات في تخصص ذي صلة.
منهج دراسة الفيزياء الحيوية:
- فيزياء عامة
- كيمياء عامة
- حساب التفاضل والتكامل
- مقدمة في البيولوجيا
- مقدمة في علوم الحياة
- علم الوراثة
- علم الأحياء الجزيئي
- علم الخلية
- علم الأحياء التطوري
- علم الأحياء الجيني
- علم الأحياء الهيكلي
- علم الأنظمة الحيوية
- فيزياء الجسيمات الحيوية
- علم الأحياء الكمي
- علم الأحياء النظري
- علم الأحياء الجينومي
- فيزياء البلازما الحيوية
- فيزياء التفاعلات الحيوية
- علم البيوكيمياء
- علم الكريستال الحيوي
- تقنيات التصوير الحيوي
- علم الأحياء البيوفيزيائي
- علم الأحياء النانوتكنولوجي
- علم الأحياء الكهربائي
- علم الأحياء البصري
- فيزياء الأنسجة الحيوية
- علم الأحياء الحراري
- علم الأحياء الكمي
- فيزياء الحركة الحيوية
- علم الأحياء البيئي
- علم الأحياء الهيدروديناميكي
- فيزياء الأغشية الحيوية
- علم الأحياء البيومغناطيسي
- علم الأحياء الفيزيائي
- فيزياء الأعصاب الحيوية
- علم الأحياء البيوميكانيكي
- علم الأحياء النظامي
- فيزياء البروتينات الحيوية
- علم الأحياء البيوترموديناميكي
- علم الأحياء النقل الحيوي
- فيزياء الحمض النووي
- علم الأحياء البيومعلوماتي
- علم الأحياء الطيفي
- فيزياء الأورام الحيوية
- علم الأحياء الحيوي المحوسب
- علم الأحياء الخلوي المحوسب
- فيزياء الطاقة الحيوية
- علم الأحياء البيوفيزيائي المحوسب
- علم الأحياء الحيوي النظري المحوسب
- علم الأحياء الجزيئي المحوسب
مجالات عمل تخصص الفيزياء الحيوية
تخصص الفيزياء الحيوية يمكن أن يؤهلك للعمل في مجموعة متنوعة من المجالات، حيث تجتمع المعرفة الفيزيائية مع فهم الظواهر الحيوية. إليك بعض المجالات التي يمكن أن تعمل فيها كخبير في الفيزياء الحيوية:
- البحث الأكاديمي: يمكنك العمل كباحث أكاديمي في الجامعات أو المعاهد البحثية لدراسة الظواهر الحيوية باستخدام المبادئ والأدوات الفيزيائية.
- الصناعات الصيدلانية والتكنولوجية: يمكنك العمل في تطوير الأدوية والتقنيات الحيوية الحديثة مثل العلاجات الجينية والنانوتكنولوجيا الحيوية.
- الطب: يمكنك التعاون مع الفرق الطبية لدراسة الأنظمة الحيوية والتشخيص والعلاج باستخدام الفيزياء الحيوية.
- علوم الأحياء الدقيقة: يمكنك العمل في تطوير أدوات التصوير الحيوي عالية الدقة وتحليل البيانات لفهم الهياكل والعمليات الدقيقة في الخلايا والأنظمة الحيوية.
- التقنيات الحيوية والحيونانوتكنولوجيا: يمكنك العمل في تطوير التقنيات الجديدة التي تستخدم المبادئ الفيزيائية لتطبيقات حيوية مثل التصوير المجهري عالي الدقة وتسليم العقاقير.
- الأبحاث البيئية: يمكنك دراسة التأثيرات البيئية باستخدام المفاهيم والتقنيات الفيزيائية لفهم التغيرات البيئية والاستجابة الحيوية.
- العمل في الشركات البيوتكنولوجية والصناعات الحيوية: حيث تحتاج الشركات المتخصصة في البيوتكنولوجيا إلى خبراء في الفيزياء الحيوية لتطوير المنتجات والتكنولوجيات الحيوية.
- الصحة العامة وسياسات الصحة: يمكنك العمل في تحليل البيانات والنمذجة الحيوية لدعم صنع القرار في مجال الصحة العامة وتطوير السياسات الصحية.
- العمل في مجالات التشخيص الطبي المتقدمة: مثل الصور الطبية والتصوير الحيوي اللاهوائي والتصوير بالرنين المغناطيسي.
هذه بعض المجالات التي يمكن أن تعمل فيها كخبير في الفيزياء الحيوية، وتحتاج الكثير من هذه المجالات إلى الخبرة العلمية والتقنية العالية.