生物物理学

分子生物物理学通常解决与生物化学和分子生物学相似的生物学问题，寻求生物分子现象的物理基础。这一领域的科学家进行的研究涉及理解细胞不同系统之间的相互作用，包括DNA、RNA和蛋白质生物合成之间的相互作用，以及这些相互作用是如何调控的。许多不同的技术被用来回答这些问题。

荧光成像技术，以及电子显微镜、x光结晶学、核磁共振波谱、原子力显微镜和x光和中子的小角度散射(SAXS/桑斯)经常被用来可视化具有生物学意义的结构。蛋白质动力学可以通过中子自旋回波光谱来观察。结构的构象变化可以用双偏振干涉测量法、圆二色性、SAXS和SANS等技术来测量。研究人员可以使用光镊或原子力显微镜直接操纵分子，也可以用来监测力和距离在纳米级的生物事件。分子生物物理学家通常认为复杂的生物事件是相互作用的实体系统，可以通过统计力学、热力学和化学动力学来理解。通过从多种学科汲取知识和实验技术，生物物理学家通常能够直接观察、模拟甚至操纵单个分子或分子复合物的结构和相互作用。

除了传统的(即分子和细胞)生物物理课题，如结构生物学或酶动力学，现代生物物理还包括非常广泛的研究，从生物电子学到量子生物学，包括实验和理论工具。生物物理学家越来越普遍地将来自物理学、数学和统计学的模型和实验技术应用于更大的系统，如组织、器官、^[6] 种群^[7] 和生态系统。生物物理模型广泛用于研究单个神经元的导电，以及组织和整个大脑的神经回路分析。

医学物理学是生物物理学的一个分支，是物理学在医学或保健方面的任何应用，从放射学到显微镜和纳米医学。例如，物理学家理查德·费曼理论化了纳米医学的未来。他写了关于生物机器医疗用途的想法。费曼和艾尔伯特·希伯斯建议，某一天某些修理机器的尺寸可能会缩小到“吞下医生”的程度。费曼在1959年的论文《底部有足够的空间》中讨论了这个想法。^[8]

一些早期的生物物理学研究是在19世纪40年代由柏林生理学家学院进行的。它的成员包括先行者阿什曼·冯·亥姆霍兹、恩斯特·海因里希·韦伯、卡尔·路德维希和约翰尼斯·彼得·穆勒。^[9] 生物物理学甚至可以追溯到路易吉·加尔瓦尼的研究。

当由埃尔温·薛定谔出版的《什么是生命》一书出版时，这个领域的受欢迎程度提高了。自1957年以来，生物物理学家已经组成了生物物理学会，该学会现在在世界各地有大约9000名成员。^[10]

罗伯特·罗森等一些作者批评生物物理学，理由是生物物理方法没有考虑到生物现象的特殊性。^[11]

虽然一些学院和大学有专门的生物物理学系，通常是研究生水平，但许多学院和大学没有大学水平的生物物理学系，而是在相关的系有研究组，如生物化学、细胞生物学、化学、计算机科学、工程、数学、医学、分子生物学、神经科学、药理学、物理学和生理学。根据大学一个系的实力，不同的重点程度将给予生物物理学领域。下面是一个例子列表，说明每个系如何致力于生物物理学的研究。这份清单很难包括所有内容。也不是每个学科都只属于某个特定的系。每个学术机构都有自己的规则，而且系之间有很多重叠。

• 生物学和分子生物学——基因调控、单一蛋白质动力学、生物能学、膜片钳、生物力学、病毒物理学。
• 结构生物学——蛋白质、核酸、脂类、碳水化合物及其复合物的分辨率结构。
• 生物化学和化学——生物分子结构，siRNA，核酸结构，结构-活性关系。
• 计算机科学——神经网络、生物分子和药物数据库。
• 计算化学——分子动力学模拟、分子对接、量子化学。
• 生物信息学——序列比对、结构比对、蛋白质结构预测。
• 数学——图形/网络理论、种群建模、动力系统、系统发育学。
• 医学——强调医学的生物物理研究。医学生物物理学是一个与生理学密切相关的领域。它从物理和数学的角度解释了身体的各个方面和系统。例如血流的流体动力学、呼吸的气体物理学、诊断/治疗中的辐射等等。生物物理学是许多医学院的临床前课程，主要在欧洲。
• 神经科学——通过实验（大脑切片）以及理论（计算机模型）、薄膜电容率、基因治疗、理解肿瘤来研究神经网络。
• 药理学和生理学-通道学，生物分子相互作用，细胞膜，聚酮化合物。
• 物理学——负熵、随机过程、新物理技术和仪器的发展及其应用。
• 量子生物学——量子生物学领域将量子力学应用于生物对象和问题。去杂异构体产生依赖于时间的碱基置换。这些研究意味着在量子计算中的应用。
• 农学和农业。

许多生物物理技术是这一领域独有的。生物物理学的研究工作通常由受过训练的生物学家、化学家或物理学家发起。