روشها و کاربردهای فیزیک زیستی (3)

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM): با تفکیکی مشابه TEM و ویژگی های 3 بعدی نظیر SEM. یک پراب مکانیکی (tip) در امتداد سطح جسم سکن شونده حرکت می کند تا اطلاعات 3 بعدی از آن به دست بیاورد.

انبرک نوری: برای نگهداری و کار با ذرات میکروسکوپی حتی یک تک مولکول یا اتمها با استفاده از پرتو متمرکز لیزر برای ایجاد نیرویی از مرتبه پیکونیوتن و برای اندازه گیری نیروی لازم برای خم کردن و یا شکستن یک مولکول مثلا مولکول DNA.

گیره ولتاژ Voltage Clamp: در الکتروفیزیولوژی برای تعیین جریان الکتریکی در سلولها یا در یک نورون به کار میرود. یک میکروالکترود ظریف به درون سلول فرستاده می شود در حالی که میکروالکترود دیگر در تماس با مایع اطراف است. با ایجاد یک حلقه فیدبک که جریانی مخالف جریان سلول تولید می کند ولتاژ ثابت نگه داشته می شود.

گیره جریان Current Clamp: مشابه گیره ولتاژ است ولی جریان ثابت نگه داشته می شود و تغییرات ولتاژ تولیدی سلول اندازه گیری می شود.

 گیره پچ Patch Clamp: مشابه گیره جریان و گیره ولتاژ بوده اما الکترود درون یک میکروپیپت حاوی محلول اکترولیت قرار داشته و ترکیب میکروپیپت با یک مکنده suction ظریف، بخش کوچکی از غشا را جداسازی الکتریکی کرده، فرد را قادر به بررسی یک کانال یونی منفرد در غشا می کند.

کالریمتری: C_P و C_V را بر حسب T اندازه می گیرد. برای بررسی اتصال و یا گذر لیگند کاربرد دارد.

روشها و کاربردهای فیزیک زیستی (2)

طیف سنجی فلوئورسنت: برای تشخیص و تعیین مولکولها. امواج الکترومغناطیسی در طول موجی جذب و در طول موج بلندتری گسیل می شود زیرا سقوط الکترون از حالت برانگیخته نور تابش می کند.

طیف سنجی جرمی: برای اندازه گیری جرم مولکولها. مولکولها در خلا یونیزه شده سپس از یک میدان مغناطیسی عبور داده می شوند.

کریستالوگرافی پرتو x: برای تعیین جای نسبی اتم ها در یک بلور با بهره گیری از پراش در یک شبکه بلوری 3 بعدی. تفکیک بسیار بالا از جزییات ساختاری اما نیازمند به بودن جسم در فاز بلوری.

طیف سنجی NMR: برای به دست آوردن اطلاعات ساختاری در باره ی مولکولها با بالاترین تفکیک با استفاده از امواج e.m. با فرکانس رادیویی که با اسپین هسته ای اتم ها ددر یک میدان مغناطیسی قوی برهم کنش کرده سبب پرش آنها بین حالت های اسپینی شده و گسیلهایی با λ های مختلف ایجاد می کند که بستگی به ساختار محلی اطراف اتم دارد.

میکروسکوپ الکترونی: برای دیدن اجسامی بسیار ریزتر از آن که با میکروسکوپ نوری دیده شوند (به جای نور از الکترون های پر انرژی با طول موج های بسیار کوتاه استفاده می شود). دو نوع معمول آن عبارتند از میکروسکوپ الکترونی گذاره (TEM) و میکروسکوپ الکترونی نگاره (SEM).

روشها و کاربردهای فیزیک زیستی (1)

• ·         اولتراسانتریفوژ: برای جداسازی مولکول های با اندازه های متفاوت بر پایه اصل ته نشینی.

• ·         الکتروفورز: برای جداسازی مولکول های با اندازه ها یا جرم های مولکولی متفاوت بر پایه اصل ته نشینی. میدان الکتریکی بر مولکول های باردار اثر می کند. (ژل الکتروفورز)

• ·         کروماتوگرافی با جدا سازی اندازه (SEC): بر پایه ته نشینی گرانشی (و گاهی هم فشار) عمل می کند. مولکول های کوچک به دام افتاده به آرامی جابه جا شده و مولکول های درشت تر تندتر جابه جا می شوند.

• ·         (طیف سنجی) اسپکتروسکوپی: اغلب با تابش الکترومغناطیسی و اندازه گیری شدت، جهت و قطبیدگی تابش گسیلی. (در آغاز تنها تابش مرئی استفاده می شد اما اکنون تابش های فرابنفش و فروسرخ هم مورد استفاده قرار می گیرد). افزون بر آن طیف سنج های جرمی (mass spectroscopy)و الکترونی نیز کاربرد دارند.

• ·         طیف سنجی جذبی: برای یافتن غلظت و یا حاالت مولکول ها در یک محلول. یک موج الکترومغناطیسی با یک l معین به نمونه تابیده شده و شدت پرتو خروجی و یا میزان جذب آن اندازه گیری میشود تا نوع مولکولها تعیین شوند.

موضوع های فیزیک زیستی مولکولی و زیرمولکولی

فیزیک زیستی مولکولی و زیرمولکولی

·         ساختار و شکل مولکولهای زیستی

·         ارتباط ساختار – کار

·         تبدیل های شکلی

·         اتصال لیگند و اتصال بین مولکولی

·         پغش و انتقال ملکولی

·         فیزیک زیستی غشاها

·         فیزیک زیستی DNNA و اسیدهای آمینه

·         فیزیک زیستی پروتئین ها

·         جریان انرژی بیوانرژتیک

·         ترمودینامیک

·         مکانیک آماری

·         سینماتیک

·         ماشین های مولکولی

·         الوستریکها

فیزیک زیستی مولکولی و زیرمولکولی

·         ساختار و شکل مولکولهای زیستی

·         ارتباط ساختار – کار

·         تبدیل های شکلی

·         اتصال لیگند و اتصال بین مولکولی

·         پغش و انتقال ملکولی

·         فیزیک زیستی غشاها

·         فیزیک زیستی DNNA و اسیدهای آمینه

·         فیزیک زیستی پروتئین ها

·         جریان انرژی بیوانرژتیک

·         ترمودینامیک

·         مکانیک آماری

·         سینماتیک

·         ماشین های مولکولی

·         الوستریکها

موضوعات فیزیک زیستی

·         فیزیک زیستی بر پایه ی اندازه نسبی موضوع

فیزیک زیستی مولکولی و زیر مولکولی

فیزیک زیستی زیست شناختی و کالبد شناختی

فیزیک زیستی بوم شناختی

·         کاربردها و روشهای فیزیک زیستی

فیزیک زیستی عام (برای همه شاخه ها)

فیزیک زیستی پرتویی و تصویربرداری

فیزیک زیستی پزشکی

معرفی و تاریخچه فیزیک زیستی

فیزیک زیستی دانشی چند بعدی بر پایه فیزیک، زیست شناسی، شیمی و ریاضیات است.

دانشی است جدید که کمی بیش از 100 سال سابقه دارد.

تاریخچه:

1892: کارل پیرسون carl pearson  آن را ابداع نمود و نام Biophysics را برای آن برگزید.

1943: اروین شرودینگر(برنده جایزه نوبل فیزیک 1933) درسهایی با عنوان "زندگی چیست؟" را ارائه داد.

1946: واحد پژوهش های زیستی کالج کینگ دو فیزیک دان (روزالیند فرانکلین و موریس ویلکینز) را برای پژوهشهای زیستی به خدمت گرفت (پراش پرتو x مولکولهای DNA).

1953: فرانسیس کریک (فیزیک دان ذرات) و جیمز واتسون ساختار مارپیچ دوگانه DNA را کشف کردند.

1957: جامعه فیزیک زیستی تشکیل شد.