رشته بیوفیزیک و مشاوره انجام پایان نامه و چاپ مقاله بیوفیزیک در مقطع ارشد و دکتری

رشته بیوفیزیک و مشاوره انجام پایان نامه و چاپ مقاله بیوفیزیک در مقطع ارشد و دکتری

«بیوفیزیک» (Biophysics) رشته‌ای است که تئوری‌‌ها و روش‌‌های فیزیک را برای درک چگونگی عملکرد سیستم‌‌های بیولوژیکی به کار می‌برد. بیوفیزیک برای درک مکانیک نحوه ساخت مولکول‌‌های زیستی، نحوه حرکت و عملکرد بخش‌‌های مختلف سلول و عملکرد سیستم‌‌های پیچیده در بدن مانند مغز،‌ گردش خون،‌ سیستم ایمنی بدن و سایر موارد بسیار مهم است. بیوفیزیک یک حوزه علمی ‌پر جنب و جوش است که دانشمندان بسیاری از زمینه‌‌های مختلف از جمله ریاضی،‌ شیمی‌، فیزیک،‌ مهندسی،‌ فارماکولوژی و علوم مواد، از مهارت‌‌های خود برای کشف و توسعه ابزار‌های جدید برای درک چگونگی زیست ‌شناسی استفاده می‌کنند.

بیوفیزیک پلی بین دو رشته

دانشمندان فیزیک از ریاضیات برای توضیح آنچه در طبیعت اتفاق می‌افتد، استفاده می‌کنند. از طرفی دیگر دانشمندان زیست شناسی در پی کشف نحوه عملکرد سیستم‌‌های بیولوژیکی هستند. این سیستم‌‌ها شامل مولکول‌‌ها،‌ سلول‌‌ها،‌ ارگانیسم‌‌ها و اکوسیستم‌‌هایی هستند که بسیار پیچیده رفتار می‌کنند. تحقیقات بیولوژیکی در قرن بیست و یکم شامل آزمایشاتی است که داده‌‌های فیزیکی و محاسباتی زیادی تولید می‌کنند. زیست شناسان به تنهایی نمی‌توانند این داده‌‌ها را درک کنند و یا پیش بینی کنند که چگونه این سیستم‌‌های بیولوژیکی بر طبق قوانین فیزیک کار می‌کنند.

این جایی است که بیوفیزیکدان‌‌ها وارد می‌شوند. بیوفیزیکدان‌‌ها در علوم کمی ‌فیزیک، ریاضیات و شیمی ‌ آموزش دیده‌اند و قادرند طیف گسترده‌ای از مباحث را بررسی کنند که این مباحث شامل بررسی چگونگی ارتباط سلول‌‌های عصبی،‌ چگونگی جذب نور توسط سلول‌‌های گیاهی و تبدیل آن به انرژی، چگونگی تغییر در DNA سلول‌های سالم و تبدیل آن‌ها به سلول‌های سرطانی و بسیاری از مشکلات بیولوژیکی دیگر هستند.

تاریخچه بیوفیزیک

بیوفیزیک شاخه‌ای نسبتاً جوان از علم است. در اوایل تا اواسط قرن بیستم بیوفیزیک به عنوان یک زیر شاخه از علوم پایه ایجاد شد. با این حال، پایه‌‌های مطالعه بیوفیزیک خیلی قبل‌تر، در قرن نوزدهم، توسط گروهی از فیزیولوژیست‌‌ها در برلین گذاشته شد. فیزیولوژیست‌‌های دانشکده فیزیولوژی در برلین شامل افرادی مانند «هرمان فون هلمتولتز» (Hermann von Helmholtz)، «امیل دوبوسی-ریموند» (Emil DuBois-Reymond)، «ارنست فون براک» (Ernst von Brücke) و «کارل لودویگ» (Carl Ludwig) بودند که همگی بر روی علم بیوفیزیک مطالعه می‌کردند.

در سال 1856، «آدولف فیک» (Adolf Fick)، یکی از دانشجویان لودویگ، توانست اولین کتاب درسی با عنوان بیوفیزیک را منتشر کند. اما در آن زمان فناوری و سطح علم فیزیک به اندازه کافی پیشرفت نکرده بود تا بتواند سیستم‌های بیولوژیک را به شکلی گسترده، مانند سطح مولکولی مورد مطالعه قرار دهد.

در نیمه اول قرن بیستم، دانشمندان آلمانی در شناخت بیوفیزیک از سایر دانشمندان جهان پیشی گرفتند. آن‌‌ها زمینه‌‌های الکترومغناطیسی و نور را مورد مطالعه قرار دادند و عمدتاً این تحقیقات را برای مطالعه تأثیر تشعشعات روی موجودات زنده انجام دادند.

محبوبیت بیوفیزیک زمانی افزایش یافت که فیزیکدان اتریشی «اروین شرودینگر» (Erwin Schrödinger) کتاب «زندگی چیست؟» را در سال 1944 به چاپ رساند. این کتاب بر اساس یک سری سخنرانی‌‌های عمومی ‌نوشته شده بود که شرودینگر در توضیح روند زندگی موجودات از طریق فیزیک و شیمی ‌‌ارائه کرده بود. در این کتاب، او این ایده را مطرح کرد که در موجودات زنده یک مولکول وجود دارد که دارای اطلاعات ژنتیکی در پیوند‌‌های کووالانسی خود است.

این ایده برای دانشمندانی همچون «جیمز واتسون» (James Watson) و «فرانسیس کریک» (Francis Crick) جهت جستجوی و توصیف مولکول ژنتیکی الهام بخش بود و با کمک تحقیقات کریستالوگرافی با اشعه ایکس «روزالین فرانکلین» (Rosalind Franklin)، ساختار مارپیچ مضاعف DNA را در سال 1953 کشف کردند.

تا اواسط قرن بیستم، برنامه‌‌های بیوفیزیک در سایر کشور‌‌ها نیز گسترش پیدا کرد و به محبوبیت زیادی رسیده بود و از سال 1950 تا ۱۹۷۰ تحقیقات بیوفیزیک با سرعتی بیشتر از گذشته انجام شد. علاوه بر کشف DNA و ساختار آن، از تکنیک‌‌های بیوفیزیک نیز برای ایجاد واکسن، توسعه تکنیک‌‌های تصویربرداری مانند اسکن MRI و CAT برای کمک به پزشکان در تشخیص بیماری‌‌ها و ایجاد روش‌‌های جدید درمانی مانند دیالیز، پرتودرمانی و ضربان ساز استفاده شده است.

در حال حاضر، مطالعات بیوفیزیک به سمت موضوعات مربوط به تغییر آب و هوای زمین متمرکز شده است. به عنوان مثال، برخی از دانشمندان بیوفیزیک در حال تولید سوخت‌‌های زیستی از میکروارگانیسم‌‌های زنده هستند که می‌توانند به عنوان سوخت جایگزین بنزین مورد استفاده قرار گیرند.

انواع بیوفیزیک

بیوفیزیک در بسیاری از شاخه‌‌های متنوع زیست شناسی گنجانیده شده است. برخی از مباحث تحقیقاتی در زمینه بیوفیزیک یا زیست شناسی شامل موارد زیر هستند:

• بیوفیزیک غشا (Membrane ‌iophysics): مطالعه ساختار و عملکرد غشاهای سلولی، از جمله کانال‌های یونی، پروتئین‌ها و گیرنده‌های تعبیه شده در آن‌ها در حوزه بیوفیزیک غشا جای می‌گیرند.
• بیوفیزیک محاسباتی / نظری (Computational/theoretical biophysic): استفاده از مدل سازی ریاضی برای مطالعه سیستم‌‌های بیولوژیکی در حوزه بیوفیزیک محاسباتی و نظری قرار می‌گیرد. در این شاخه فیزیک و عملکرد پروتئین‌‌ها، کمپلکس‌‌های مولکولی و ساختار‌های بیومولکولی در سطح اتمی‌ مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
• مهندسی پروتئین (Protein engineering): به منظور ایجاد و اصلاح پروتئین‌‌ها برای توسعه زیست شناسی مصنوعی، از مهندسی پروتئین استفاده می‌شود. مهندسی پروتئین اغلب برای پیشبرد سلامت انسان در قالب درمان‌‌های جدید بیماری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ساختار‌‌های مولکولی (Molecular Structures): بیوفیزیک ساختار‌‌های مولکولی، بر روی ساختمان مولکول‌‌های بیولوژیکی شامل پروتئین‌‌ها، اسید‌‌های نوکلئیک و لیپید‌‌ها مطالعه می‌کند.
• مکانیسم‌‌ها: استفاده از مکانیسم‌‌های فیزیکی برای توضیح وقایع فرآیند‌‌های بیولوژیکی در شاخه بیوفیزیک مکانیسم‌‌ها جای می‌گیرد. برخی از مکانیسم‌‌های فیزیکی شامل انتقال انرژی در غشا‌‌ها، تا خوردگی یا فولدینگ پروتئین (که موجب تشکیل ساختار منجر به عملکرد‌‌های خاص می‌شود)، حرکت سلولی و رفتار‌های الکتریکی سلول‌‌ها هستند.

شاخه‌های مختلف بیوفیزیک

بیوفیزیک به دلیل این که تلفیقی از دو رشته فیزیک و علوم زیستی است در شاخه‌های مختلفی طبقه‌بندی می‌شود:

• بیوفیزیک مولکولی (Molecular Biophysics): این شاخه از بیوفیزیک مانند رشته‌های بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی به دنبال یافتن ساختارهای فیزیکی، برهمکنش‌ها، تنظیمات بیومولکول‌های سلولی و پدیده‌های مولکولی است.

• بیوفیزیک سلولی (Cellular Biophysics): بیوفیزیک سلولی یکی از شاخه‌های رشته بیوفیزیک است که بر اصول فیزیکی عملکرد سلول متمرکز است.
• بیوفیزیک فیزیولوژیک (Physiological Biophysics): این شاخه به بررسی مکانیسم‌ها و عملکردهای اندام‌های مختلف بدن مانند مغز می‌پردازد.
• بیوفیزیک پرتوها (Radiation Biophysics): این شاخه از بیوفیزیک به اثرات ناشی از پرتوها بر سیستم‌های زنده می‌پردازد.
• بیوفیزیک نظری (theoretical Biophysics): به مطالعه و بررسی مدل‌سازی سامانه‌های زیستی بیوفیزیک نظری می‌گویند.
• بیوفیزیک جمعیت‌های سلولی (Biophysics of Cell Populations): این بخش از بیوفیزیک به بررسی تقسیم و رشد سلول‌ها و مطالعه سلول‌های سرطانی می‌پردازد.

بیوفیزیکدان‌ها چه کاری انجام می‌دهند؟

بیوفیزیکدانان در تلاش هستند تا روش‌هایی برای غلبه بر بیماری‌ها، ریشه کن کردن گرسنگی جهانی، تولید منابع انرژی تجدید پذیر و حل اسرار علمی بی‌شمار دیگر پیدا کنند. به طور خلاصه، بیوفیزیکدان‌ها با ایجاد پلی بین دو رشته زیست شناسی و فیزیک راهی برای شناخت بهتر سیستم‌های زنده و بهبود شرایط زندگی فراهم می‌کنند.

تجزیه و تحلیل داده‌ها و ساختار

معمای ساختار DNA در سال 1953 با استفاده از بیوفیزیک حل شد و این کشف نشان داد که چگونه DNA مانند یک برنامه برای زندگی اهمیت دارد. اکنون می‌توانیم توالی‌های DNA را از هزاران انسان و انواع موجودات زنده مورد مطالعه قرار دهیم. تکنیک‌های بیوفیزیکی برای تجزیه و تحلیل داده‌های حاصل از مطالعات DNA مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مدل‌سازی رایانه (Computer Modelling)

بیوفیزیکدانان روش‌های مدل‌سازی رایانه‌‌ای را برای دیدن و دستکاری شکل‌ها و ساختار پروتئین‌ها، ویروس‌ها و سایر مولکول‌های پیچیده توسعه داده‌اند و از آن‌ها برای کشف اطلاعات مهم مورد نیاز برای ایجاد اهداف دارویی جدید یا درک چگونگی جهش پروتئین‌ها و رشد تومورها استفاده می‌کنند.

حرکت مولکول‌ها

یکی دیگر از زمینه‌هایی که دانشمندان بیوفیزیک مطالعه می کنند، این است که در اطراف سلول‌های بدن هورمون‌ها چگونه حرکت می‌کنند و همچین سلول‌ها چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. با به کارگیری برچسب‌های فلورسنت، محققان بیوفیزیک توانسته‌اند با استفاده از میکروسکوپ‌های فلورسانس، حرکت مولکول‌ها درون سلول را ردیابی کنند.

علوم اعصاب (Neuroscience)

محققان بیوفیزیک در حال ساخت مدل‌های رایانه‌ای به نام شبکه‌های عصبی هستند تا بتوانند نحوه عملکرد مغز و سیستم عصبی را شناسایی کنند و به درک جدیدی از نحوه پردازش اطلاعات بینایی و شنوایی دست یابند.

مهندسی زیستی، فناوری نانو، بیومتریال

بیوفیزیک همچنین در درک بیومکانیک و استفاده از این اطلاعات در طراحی اندام‌های مصنوعی و پروتز‌های بهتر و همچنین ساخت نانومواد موثر برای دارورسانی هوشمند نقش مهمی دارد.

 تصویربرداری

بیوفیزیکدانان تکنیک‌های پیشرفته تصویربرداری تشخیصی از جمله MRI، سی تی اسکن و اسکن PET را توسعه داده‌اند. محققان بیوفیزیک همچنان برای توسعه فناوری ایمن‌تر، سریعتر و دقیق‌تر برای بهبود تصویربرداری پزشکی تلاش می‌کنند تا پزشکان بتوانند با شناخت بهتر بدن به تشخیص سریع و آسان بیماری‌ها دست یابند.

برنامه‌های پزشکی

استفاده از بیوفیزیک برای توسعه بسیاری از درمان‌ها و دستگاه‌های حیاتی پزشکی از جمله دیالیز کلیه، پرتودرمانی، دستگاه‌های کنترل قلبی مانند ضربان سازها و دریچه‌های مصنوعی قلب ضروری است.

اکوسیستم

بیوفیزیک زیست محیطی یا بیوفیزیک اکوسیستم، تمام بخش‌های محیط را از استراتوسفر تا دریچه‌های عمیق اقیانوس بررسی و اندازه‌گیری می‌کند و به طراحی مدل‌‌های آن‌ها می‌پردازد. محققان بیوفیزیک در زمینه محیط زیست در حال تحقیق در مورد جوامع میکروبی متنوع هستند که در هر نقطه از کره زمین وجود دارند و آلاینده های موجود در جو را ردیابی می‌کنند؛ آن‌ها در حال یافتن راه‌هایی برای تبدیل جلبک‌ها به سوخت‌های زیستی هستند.

متخصصان بیوفیزیک کجا کار می‌کنند؟

بیوفیزیکدانان معلمان و محققان زیست شناسی، فیزیک، مهندسی و بسیاری از زمینه‌‌های دیگر هستند. آن‌ها در دانشگاه‌‌ها، بیمارستان‌ها، استارتاپ‌‌های فنی و شرکت‌‌های مهندسی زیستی که در حال توسعه آزمایش‌‌های نوین تشخیصی، سیستم‌های انتقال دارو یا سوخت‌‌های زیستی بالقوه هستند، می‌توانند مشغول به کار شوند.

بیوفیزیکدانان مدل‌های رایانه‌ای را توسعه می‌دهند تا دریابند که به عنوان مثال، چرا یک گونه ویروس آنفولانزای جدید سیستم ایمنی بدن را از بین می‌برد یا آن‌ها مدل‌های سه بعدی ساختار‌های جدید پروتئین را برای درک بهتر نحوه عملکرد آن‌ها تهیه می‌کنند. کسانی که در زمینه بیوفیزیک آموزش دیده‌ند، فرصت‌‌های نامحدود شغلی دارند.

رایج ترین گزینه‌‌‌های شغلی برای بیوفیزیکدانان شامل تحقیق، تدریس یا ترکیبی از هر دو است. تحصیل تا مقطع کارشناسی ارشد به طور کلی برای تبدیل شدن به یک معلم بیوفیزیک، مدیر آزمایشگاه یا همکار تحقیقاتی لازم است. محققان اصلی که آزمایشات را طراحی می‌کنند و بر تمام تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه نظارت می‌کنند، اغلب دارای مدرک دکتری بیوفیزیک هستند. افرادی که دارای مدرک کارشناسی در رشته بیوفیزیک هستند، می‌توانند به عنوان تکنسین‌‌‌های تحقیقاتی در آزمایشگاه‌های بیوفیزیک مشغول به کار شوند.

به طور کلی دانش آموختگان رشته بیوفیزیک می‌توانند در دانشگاه‌ها و موسسات آموزش عالی، در مراکز تحقیقاتی مهندسی زیستی و پزشکی فعالیت کنند.

رشته بیوفیزیک

برخی دانشگاه‌‌‌ها کارشناسی یا کارشناسی ارشد علوم بیوفیزیک را ارائه می‌دهند، در حالی که برخی دیگر فقط مدرک بیوفیزیک را از سطح کارشناسی ارشد ارائه می‌دهند (یعنی مدرک کارشناسی ارشد و یا دکتری). دروس مقاطع مختلف بیوفیزیک بر روی رشته‌‌‌های فیزیک و زیست شناسی متمرکز شده است و معمولاً افرادی که در رشته‌‌‌های بیوفیزیک مشغول به تحصیل هستند، می‌بایست در کلاس‌‌‌های ریاضی و شیمی ‌و زیست‌شناسی زیادی شرکت کنند.

در مقطع کارشناسی، می‌توان انتظار داشت که دانشجویان بیوفیزیک دوره‌‌‌های مربوط به شیمی ‌عمومی ‌‌و آلی، ریاضیات، مکانیک، جبر خطی و بیوشیمی ‌را طی کنند. سایر دوره‌‌‌های مورد نیاز برای این مقطع شامل زیست شناسی سلولی، ژنتیک، زیست شناسی مولکولی، آمار و زیست شناسی محاسباتی هستند. یکی دیگر از مؤلفه‌‌‌های مهم بسیاری از مقاطع رشته بیوفیزیک، تحقیق است. برخی از موضوعات درسی در این رشته نیاز به تحقیقات آزمایشگاهی در تعدادی از ترم‌های دانشگاهی دارد و نتیجه آن به یک پروژه تحقیقاتی کارشناسی ارشد ختم می‌شود.

 

مشاوره انجام پایان نامه و چاپ مقاله بیوفیزیک در مقطع ارشد و دکتری

مدیک تز سامانه برتر مشاوره رساله پزشکی

با مدیریت تز آنلاین

تلفن های تماس : 09353132500 و 09199631325