生物物理学概述
生物物理学及其在生命科学中的新应用

生物物理学及其在生命科学中的新应用生物物理学(biophysics)是生命科学和物理学的交叉学科,通过物理学的理论、技术和方法来研究生命科学中的物理现象。
近年来,生物物理学在生命科学中的应用越来越广泛,取得了许多重要的成果。
本文就生物物理学的基本概念、研究方法和新应用进行介绍。
一、生物物理学的基本概念生物物理学是一门以物理学的角度来研究生命科学中的现象的多学科交叉学科。
生物物理学的主要研究对象包括生物分子、细胞、组织和生物系统等。
由于生命科学中许多现象可以用物理学的概念和方法来描述,因此生物物理学在生命科学研究中的作用不断增强。
生物物理学的研究内容广泛,包括力学、热学、电学、光学、计算生物学等多个方面。
其中,生物分子的结构和功能是生物物理学研究的重要方向之一。
生物物理学通过应用核磁共振、X射线衍射、电子显微镜、光学显微镜等技术手段,揭示了生物分子的结构和动态行为,为研究生物分子的功能和代谢过程提供了理论支持。
二、生物物理学的研究方法生物物理学的研究方法主要包括实验研究和理论研究两个方面。
实验研究是生物物理学的主要手段,通过应用各种物理学及化学技术,对生物系统中的现象进行定量和定性分析,并得到数据和实验结果。
理论研究则通过建立模型和计算方法来解释和预测实验结果,其中包括计算机模拟和数值计算等方法。
生物物理学的实验研究方法包括结构生物学、单分子生物物理学、细胞物理学和组织物理学。
其中,结构生物学是研究生物分子结构的基础,通过应用核磁共振、X射线衍射等方法来解析生物分子的三维结构。
单分子生物物理学则研究单个分子的结构、动态行为和功能,通过应用光学、电学、力学等技术,研究分子结构和功能的变化。
细胞物理学则研究细胞的形态、功能、结构和运动方式等生物物理现象。
组织物理学则是研究组织或生物系统的结构、功能和力学特性,从而揭示生物系统的宏观特性和行为。
三、生物物理学在生命科学中的新应用生物物理学在生命科学中的新应用越来越多,其中包括以下几种方面。
生物物理与生物统计的要点

生物物理与生物统计的要点1. 生物物理概述1.1 定义生物物理学是一门跨学科领域,旨在利用物理学的原理、技术和方法来解决生物学问题。
它侧重于研究生物大分子、细胞、组织、器官和生态系统的物理性质和行为。
1.2 研究内容- 生物分子结构与功能的关系- 细胞膜的物理性质和信号传导- 生物组织与器官的生物力学性质- 生物系统的非线性动力学行为- 生态系统的能量流动与物质循环1.3 应用领域- 药物设计与筛选- 生物成像与医学诊断- 生物材料与组织工程- 生态系统监测与保护2. 生物统计概述2.1 定义生物统计学是一门应用数学的分支,专注于收集、分析、解释和预测生物学数据。
它利用统计学的方法和理论来研究生物现象的规律性和随机性。
2.2 研究内容- 生物实验设计与数据分析- 概率论与随机过程在生物学中的应用- 参数估计与假设检验- 相关性与回归分析- 生存分析与风险评估2.3 应用领域- 遗传学与基因组学数据分析- 生态学与进化生物学研究- 临床试验与流行病学研究- 生物信息学与计算生物学3. 生物物理与生物统计的交叉点3.1 实验设计生物物理与生物统计的结合在实验设计阶段尤为重要。
合理的实验设计可以确保数据的有效性和可靠性。
统计学方法可以帮助研究者优化实验方案,减少实验误差,并提高数据的解释能力。
3.2 数据分析在数据分析阶段,生物统计学方法可以帮助研究者从实验数据中提取有价值的信息,评估实验结果的显著性,并建立预测模型。
生物物理学的方法可以为生物统计学提供深入的物理机制解释,增强对数据的理解。
3.3 应用案例- 药物筛选与优化:生物物理学方法可以用来研究药物与靶点的相互作用,生物统计学方法可以用来评估药物的疗效和安全性。
- 基因表达数据分析:生物统计学方法可以用来分析基因芯片数据,生物物理学方法可以用来研究基因表达的物理机制。
4. 总结生物物理与生物统计是生物学研究中不可或缺的两个方面。
生物物理学提供了对生物现象的物理解释,而生物统计学提供了对数据的有效分析方法。
生物物理学

生物物理学生物物理学是一门研究生命现象和生命体系中的物理规律的学科,它是生物学和物理学的交叉学科之一。
生物物理学将物理学的理论和方法应用于生命科学领域,以解释和解析生命现象的产生、发展和功能机制。
本文将从生物物理学的起源和发展、研究方法和技术以及典型研究领域等方面进行阐述。
一、生物物理学的起源和发展生物物理学的概念最早出现于19世纪,当时科学家们开始将物理学方法应用于解释生物学现象。
生物物理学的发展受到生物学和物理学两个学科的推动。
随着物理学的进一步发展,生物物理学在20世纪取得了突飞猛进的进展。
生物物理学的起源可以追溯到晶体学的研究。
晶体学研究表明,生物分子的结构与其功能密切相关。
这一发现为生物物理学奠定了基础。
此后,X射线衍射、核磁共振等现代技术的发展,使科学家们能够更深入地研究生物体内分子的结构和功能。
二、生物物理学的研究方法和技术生物物理学依赖于物理学的理论和实验方法,同时也引入了生物学的一些概念和实验技术。
其中,以下是生物物理学中常用的研究方法和技术:1. 光学方法:包括荧光显微术、共聚焦显微术等,用于观察生物分子的动态过程和互作关系。
2. 数学建模:通过建立数学模型,可以预测和解释生物体系的行为和属性,例如,神经网络模型和传导模型等。
3. 分子生物物理学:用于研究生物大分子的结构、功能和相互作用,包括核磁共振、X射线晶体学等。
4. 生物力学:研究生物体系中的运动和力学性质,如细胞的机械特性和蛋白质的力学稳定性等。
5. 生物电学:研究生物体系中的电信号传导和生物电特性,如神经传导和心脏电生理学等。
三、生物物理学的研究领域生物物理学的研究领域非常广泛,涉及生命体系的各个层次和方面。
以下是生物物理学的几个典型研究领域:1. 生物分子结构和功能:研究生物分子的结构、功能和相互作用,揭示生物体系的基本规律。
2. 细胞力学:研究细胞的机械性质和力学行为,包括细胞的形变和移动等。
3. 生物电学:研究生物体系的电信号传导和生物电现象,揭示神经和心脏等生物体系的电生理学特性。
医学生物物理学知识点

医学生物物理学知识点医学生物物理学是研究生物体及其生理过程的物理学基础,对于医学专业的学生来说,掌握一定的生物物理学知识是非常重要的。
本文将为您介绍医学生物物理学的一些重要知识点。
一、生物物理学概述生物物理学是生物学和物理学的交叉学科,研究生物体的结构、功能和生理过程。
生物物理学涉及的内容包括细胞生物物理学、生物分子物理学、生物膜物理学、生物电和生物光学等。
二、细胞生物物理学细胞是生物体的基本单位,细胞生物物理学研究细胞的结构和功能。
细胞膜是细胞的外界环境与内部环境之间的界面,其主要功能包括物质的传递、电信号传导等。
在细胞内部,细胞器的形成与维持与细胞骨架有关,细胞骨架的主要组成是微丝、中间丝和微管等。
三、生物分子物理学生物分子物理学研究生物体内各种分子的结构和功能。
蛋白质是生物体内最重要的功能分子之一,其结构与功能密切相关。
生物分子的结构可以通过X射线衍射等技术进行研究。
四、生物膜物理学生物膜是细胞的外界环境与内部环境之间的界面,它对细胞的生存与发展起到重要作用。
生物膜的主要组成是脂质双分子层,其结构和功能与生物体的正常生理活动密切相关。
五、生物电生物电现象是生物体内存在的电信号现象。
例如,心脏产生的电信号可以通过心电图进行监测和诊断,脑部神经元之间的电信号传递则与思维和感觉等高级生理过程密切相关。
六、生物光学生物光学研究生物体内光的产生、传播和与生物体相互作用的过程。
例如,眼睛是感光器官,光经过眼睛的屈光系统后形成视网膜上的图像,经过视神经传递到大脑后产生视觉感知。
七、医学应用医学生物物理学的研究成果广泛应用于医学临床实践中。
例如,通过生物物理学的研究可以帮助医生理解疾病的发生机制,为疾病的诊断和治疗提供重要依据。
此外,生物物理学的技术也被广泛应用于医学影像学、医学检测等领域。
结语医学生物物理学是医学专业学生必备的知识点之一,掌握医学生物物理学的基本概念和原理,对于理解和应用医学知识具有重要意义。
生理学中的生物物理学

生理学中的生物物理学生理学是研究生物体及其器官、系统在生命过程中的结构和功能变化的科学。
而生物物理学则是研究生物体在物理条件下的生命过程的科学。
生物物理学通过运用物理学的原理和方法,探索生物体的结构、功能和相互关系,揭示其背后的物理机制。
在这篇文章中,我们将探讨生理学中的生物物理学,以及它在理解和解释生物体生命过程中的作用。
一、细胞膜的生物物理学:细胞膜是细胞的外壳,起到屏障和调控物质交换的作用。
生物物理学提供了解释细胞膜特性的基础原理,如扩散、渗透和电位差等。
通过生物物理学的研究,我们能够深入了解细胞膜的结构和功能,以及其在维持细胞内外环境稳定性和物质交换中的作用。
二、神经传导的生物物理学:神经传导是指神经细胞间传递信号的过程。
生物物理学研究了神经元内外的电势变化、离子通道的活动、动作电位的传导等生物物理现象。
通过生物物理学的研究,我们可以了解神经元信号传导的机制,以及神经递质释放和神经突触传递的生物物理特性。
三、生物电现象的生物物理学:生物体中存在各种电现象,如心电图、脑电图和肌电图等。
生物物理学的研究揭示了这些电现象的物理基础,如电势的形成、电流的传导和电极的应用等。
通过生物物理学的研究,我们可以理解生物电现象在诊断和治疗中的应用,以及其对生命活动的影响。
四、生物声学的生物物理学:声音是生物界中常见的信息传递方式之一。
生物物理学研究了声音的产生、传播和感知等过程,如声波的特性、声音传导的途径和听觉器官的机制等。
通过生物物理学的研究,我们可以深入了解声音在生物体内的传导和解码过程,以及听觉对生物体生存和交流的重要性。
五、生物光学的生物物理学:光是生物体感知外界环境的重要信息来源之一。
生物物理学研究了光在生物体内的传播、吸收和转化等过程,如视觉光学和光合作用等。
通过生物物理学的研究,我们可以了解光对生物体生理功能和行为的影响,以及利用光学原理来研究和应用生物体的结构和功能。
六、生物磁学的生物物理学:生物体中存在微弱的磁场,称为生物磁场。
生命科学研究中的生物物理学

生命科学研究中的生物物理学生物物理学是物理学和生物学的交叉领域,它主要研究生物系统的结构、动力学和功能,并应用物理学的原理和方法进行解释和模拟。
生命科学研究中的生物物理学对于了解生物学上的重要问题有着重要的贡献。
一、生物物理学的应用生物物理学的研究对象包括细胞、蛋白质、核酸、膜、器官等生物大分子及其组成的复杂结构,及各种生命现象和生命过程。
生物物理学主要的应用包括:1.细胞中的分子交互作用生物物理学研究细胞的分子交互作用可以帮助我们了解细胞内发生的一系列生物化学反应过程,包括酶反应、代谢通路、脱氧核糖核酸复制、转录和翻译等过程。
这些反应过程需要许多分子间的交互作用,如荷尔蒙-受体、酶-底物、DNA-蛋白质等。
了解这些交互作用可以帮助我们更好地理解生命现象,可有效指导药物开发和疾病治疗。
2.蛋白质结构和功能通过生物物理学的研究,人们可以了解蛋白质的三维结构及其功能。
蛋白质是生物体内最为复杂、重要的生物大分子之一,它担任着许多关键的生化功能,在药物开发中有着广泛的应用。
结构生物学是生物物理学中的一个重要分支,主要研究蛋白质的三维结构与其功能之间的关系。
根据不同应用的需要,可以研究蛋白质的折叠、动力学、配体识别、电子传递等过程,从而设计出更具有特异性和药效的药物。
3.膜结构与功能细胞膜是细胞内外物质交换和信息传递的关键部分,除了维持胞内环境稳定外,还能进行物质的物理隔离及信号传递。
生物物理学可以对细胞膜的物理化学性质、微观结构和传递过程进行研究,帮助我们理解细胞膜的功能和生命现象。
同时,膜蛋白是一类重要的跨膜蛋白,可以直接影响物质的转运和信号转导过程,由此可以研究由膜蛋白引起的疾病,设计新型的治疗方法和药物靶点。
二、生物物理学的技术手段生物物理学研究主要依赖于一系列技术手段,结构生物学和分子动态学是其中最重要的两个方向。
1.结构生物学结构生物学是生物物理学里比较成熟和重要的领域,也是蛋白质化学研究中的重点领域。
深入了解生物物理学的基本原理

深入了解生物物理学的基本原理生物物理学是一门研究生物体内物理过程的学科,通过研究生物体的结构、功能和相互作用等方面,探索生命的基本原理和现象背后的物理机制。
本文将深入讨论生物物理学的基本原理,介绍其在生物科学中的重要性和应用领域。
1. 生物物理学的定义和发展历程生物物理学是生物学和物理学的交叉学科,起源于19世纪末。
其主要研究内容包括生物体内的能量传递、结构与功能关系、生物与环境的相互作用等。
随着科技的进步和研究方法的改进,生物物理学的发展得到了极大的推动,成为了生物科学中不可或缺的一部分。
2. 生物物理学的基本原理2.1 生物体的结构与功能生物物理学研究生物体的结构与功能的关系,揭示了生物体内部的物理变化和相互作用是如何影响生物体的特定功能的。
例如,通过研究蛋白质的二级结构与其功能之间的关系,可以深入了解蛋白质的功能机制,为药物研发和疾病治疗提供理论基础。
2.2 能量传递与转化生物物理学研究生物体内能量的传递与转化过程。
从能量从环境中的吸收,到在生物体内的传递、储存和利用,生物物理学通过研究这些能量转化过程的物理机制,为生物体的生命活动提供了理论依据。
2.3 生物与环境的相互作用生物物理学研究生物与环境之间的相互作用,了解生物体如何适应不同的环境条件。
这不仅有助于我们理解生物的进化和适应,还对环境保护和生态学研究具有重要意义。
3. 生物物理学的应用领域3.1 生物医学研究生物物理学在生物医学研究中扮演着重要角色。
通过研究生物体内分子层面的物理变化和相互作用,生物物理学为药物研发、疾病诊断和治疗等提供了关键的信息和方法。
3.2 蛋白质研究与蛋白工程蛋白质是生物体内重要的功能分子,生物物理学为蛋白质的结构与功能研究提供了物理学原理和技术手段。
同时,生物物理学也为蛋白工程的研究和应用提供了理论基础。
3.3 生物材料与仿生学生物物理学研究生物界独特的材料和结构,可以为新材料的研发和设计提供灵感和指导。
生物物理学介绍

生物物理学是物理学与生物学相结合的一门边缘学科,是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
生物物理学-定义关于生物物理学的定义,有许多不同的看法。
现列举三种定义。
定义一:生物物理学是由物理学与生物学相互结合而形成的一门交叉学科。
它应用物理学的基本理论、方法与技术研究生命物质的物理性质,生命活动的物理与物理化学规律,以及物理因素对机体的作用。
定义二:生物物理学是生物学和物理学之间的边缘学科,它用物理学的概念和方法研究生物各层次的结构与功能的关系,以及生命活动的物理过程和物理化学过程.定义三:生物物理学是运用物理学的理论、技术和方法,研究生命物质的物理性质、生命过程的物理和物理化学规律,以及物理因素对生物系统作用机制的科学。
上面的四个定义表述方法虽各有不同,但都认为生物物理学是一门生物学和物理学相互作用的学科,也都是从生物物理学的研究对象上来阐述其定义的。
关于生物物理学属于生物学的分支还是物理学的分支,一些生物学家认为他们研究生命现象时只是引入了物理学的理论和方法,属于生物学的一个分支。
但有些物理学家认为,研究生命的物质运动,只是物理学研究对象由非生命物质扩展到生命物质。
应该属于物理学的分支。
不同研究领域的学者处于不同的角度,也就有了不同的定义。
生物物理学-发展简史从16世纪末开始,人们就开展了生物物理现象的研究,直到20世纪40年代薛定谔(Schrödinger)在都柏林大学关于“生命是什么”的讲演之前,可以算是生物物理学发展的早期。
19世纪末叶,生理学家开始用物理概念如力学、流体力学、光学、电学及热力学的知识深入到生理学领域,这样就逐渐形成一个新的分支学科,许多人认为这就是最初的生物物理学。
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生物物理学( Biological Physics)是物理学与生物学相结合的一门交叉学科,是生命科学的重要分支学科和领域之一。
生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。
生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。
17世纪A.考伯提到发光生物荧火虫。
1786年L.伽伐尼研究了肌肉的静电性质。
1796年T.扬利用光的波动学说、色觉理论研究了眼的几何光学性质及心脏的液体动力学作用。
H.von亥姆霍兹将能量守恒定律应用于生物系统,认为物质世界包括生命在内都可以归结为运动。
他研究了肌肉收缩时热量的产生和神经脉冲的传导速度 E.H.杜布瓦-雷蒙德第一个制造出电流表并用以研究肌肉神经,1848年发现了休止电位及动作电位。
1895年W.C.伦琴发现了 X射线后,几乎立即应用到医学实践。
1899年K.皮尔逊在他写的《科学的文法》一书中首次提到:“作为物理定律的特异事例来研究生物现象的生物物理和生物物理学……”,并列举了当时研究的血液流体动力学、神经传导的电现象、表面张力和膜电位、发光与生物功能、以及机械应激、弹性、粘度、硬度与生物结构的关系等问题。
1910年A.V.希尔把电技术应用于神经生物学,并显示了神经纤维传递信息的特征是一连串匀速的电脉冲,脉冲是由膜内外电位差引起的。
19世纪显微镜的应用导致细胞学说的创立。
以后从简单显微镜发展出紫外、暗视野、荧光等多种特殊用途的显微镜。
电子显微镜的发展则提供了生物超微结构的更多信息。
应用早在1920年 X射线衍射技术就已列入蛋白质结构研究。
W.T.阿斯特伯里用 X射线衍射技术研究毛发、丝和羊毛纤维结构、α-角蛋白的结构等,发现了由氨基酸残基链形成的蛋白质主链构象的α-螺旋空间结构;20世纪50年代J.D.沃森及F.H.C.克里克提出了遗传物质 DNA双螺旋互补的结构模型。
1944年的《医学物理》介绍生物物理内容时,涉及面已相当广泛,包括听觉、色觉、肌肉、神经、皮肤等的结构与功能(电镜、荧光、X 射线衍射、电、光电、电位、温度调节等技术),并报道了应用电子回旋加速器研究生物对象。
物理概念对生物物理发展影响较大的则是1943年E.薛定谔的讲演:“生命是什么”和N.威纳关于生物控制论的论点;前者用热力学和量子力学理论解释生命的本质引进了“负熵”概念,试图从一些新的途径来说明有机体的物质结构、生命活动的维持和延续、生物的遗传与变异等问题(见耗散结构和生物有序)。
后者认为生物的控制过程,包含着信息的接收、变换、贮存和处理。
他们论述了生命物质同样是物质世界的一个组成部分,既有它的特殊运动规律,也应该遵循物质运动的共同的一般规律。
这就沟通了生物学和物理学两个领域。
现已在生物的各个层次,以量子力学和统计力学的概念和方法进行微观和宏观的系统分析。
生物的物理性质20世纪20年代开始陆续发现生物分子具有铁电、压电、半导体、液晶态等性质,生命体系在不同层次上的电磁特性,以及生物界普遍存在的射频通讯方式。
但许多物理特性在生命活动过程中的意义和作用,则远没有搞清楚。
比如几乎所有生物,体内的蛋白质都是由L型氨基酸组成,而组成核酸的核糖又总是D型。
为什么有这样的旋光选择性,与生命起源和生物进化有何关系,就有待探讨。
1980年发现两个人工合成DNA片段呈左旋双螺旋,人们普遍希望了解自然界有无左旋 DNA存在。
1981年人们在两段左旋片段中插入一段A-T对,整个螺旋立即向右旋转,能否说明自然界不存在左旋DNA呢?这种特定的旋光性对生命活动的意义现仍无答案。
根据生物的物理特性可以测出各种物理参数。
但是由于生命物质比较复杂,在不同的环境条件下参量也要改变。
已有的测试手段往往不适用,尚待技术上的突破,才有可能进一步阐明生命的奥秘。
生命活动的物理及物理化学过程活跃在生物体内的基本粒子(目前研究到电子和质子)的研究,也是探索生命活动的物理及物理化学过程的一个主体部分。
生物都是含水的,研究水溶液中电子的行为,对了解生命活动的理化过程极为重要。
人们已经发现了生物的质子态、质子非定域化和质子隧道效应等现象,因此需进一步开展量子生物学的研究,探索这些基本粒子在活体内的行为。
光合作用中叶绿素最初吸收光子只在10-15秒瞬间完成,视觉过程和高能电离辐射最初始的能量吸收也都是瞬间完成的,这些能量在体内最初的去向和行为,从吸收到物理化学过程的出现,究竟发生了什么物理作用,这就需要既灵敏又快速的测试技术。
生命活动过程中过去不被注意的组分,包括甲基、酰基这样的基团,水分子和金属离子,它们恰恰活跃地作用于大分子之间,在生物大分子相互作用时,不仅是搭桥牵线以引发大分子的构象变化,而且它们自身就参与结构和功能变化。
如甲基化与神经传导、生物信号传递、基因开关等均有密切关系。
酰化作用、金属离子如钙、镁等的作用也早被注意。
在膜通道研究过程中,发现了钙和钙调素的作用。
生物体内的游离子(自由水)可以由氢键缔合成水化层,它不是结合水,但对生物结构有关并参与生命活动。
生物水既是质子供体,也是质子受体,因此水在生物体内决不是简单的介质。
蛋白质在56℃左右变性,但我们能在70℃以上的温泉中找到生物;人工培养的细胞保存在-190℃,解冻后细胞仍与正常态一样,这些生物体内水的结构状态是怎样?如果能把这些极端状态的水的结构与性质阐明,将有助于对生命规律的理解。
生物在亿万年进化过程中,最终选择了膜作为最基本的结构形式。
从通透、识别、通讯,到能量转换等各种生命活动几乎都在膜上进行,膜不仅提供场所,它本身也积极参与了活动。
物理及物理化学技术的发展和应用对生物大分子及大分子体系结构分析的有:①近红外显微镜。
反差大,生物材料无需染色即可观察。
由于近红外能量极小,因此基本上不损伤生物样品,对光敏系统如暗适应的感受器细胞的观察就十分有利。
有人预计有可能用来观察生活状态的活样品;②闪光X射线显微镜。
每个脉冲为60毫秒,打在聚甲基异丁烯酸甲酯薄膜窗口,由于所射出的是软X射线(23~44埃)正是水透明区,因此提供了可以进行水湿样品研究的条件。
同步辐射中的软 X 射线对生物学研究将带来极大的好处;③光散射显微镜。
能测定细胞的大小与形状,绝对灵敏度高达0.01~0.1微米,并且不怕杂质干扰,不需要样品制备直接提供信息;④利用吸收超声能量后引起温度瞬间变化来进行超声回声图象术进行诊断,用声学显微镜显示人染色体,样品在-188℃液氮中由透镜记录到超声信号再转换成像;⑤低角X射线衍射研究活细胞。
用钕玻璃激光光源50~600ps脉冲,聚集在100微米有机玻璃靶上。
由于主要来自15Cl离子的4.45埃激光源,因此有利于活细胞观察;⑥核磁共振。
研究生物大分子结合重金属离子后结构变化,二价阳离子在膜结构与功能关系中的作用,盐菌紫膜光照后内膜酸碱度变化等等。
除了常用的13C、31P、1H等外还用19F测定酶与底物的相互作用。
用2D测定膜中的分子动力学。
另一方面,二维核磁已可用来测定溶液中大分子内氢原子之间的距离,核磁成像作为无损伤成像技术,将远优于超声的应用,在某些方面优于X射线断层成像技术。
此外如利用全反射衰减红外光谱观察水溶液中膜蛋白及红细胞结构;拉曼差光谱测定肌红蛋白三级及四级结构;X射线散射研究溶液构像测定原子间短程涨落状态,如蛋白质α-螺旋510埃区域的动态变化;利用磁圆二色研究生物分子可以和荧光偏振、线性圆二色互补测定高粘度下或非荧光分子样品。
有时一种技术的出现将使生物物理问题的研究大大改观。
如 X射线衍射技术导致了分子生物物理学的出现。
因此虽然技术本身并不一定就代表生物物理,但它对生物物理学的发展是非常关键的。
意义农业方面为防止环境污染,取代农药和化肥除考虑生物途径(主要是微生物)外,更重要的是寻找作物生长的内在规律,根据作物本身的物理或物理化学规律,来控制作物生长和能量的合理利用。
例如中国利用线粒体互补方法来揭示杂交品种是否有杂种优势,这就是利用科学规律提出节省时间的育种方法。
有些中国科学家提出线粒体中电子传递途径的改变和调节有可能是多种方式的。
这就为使更多的C3型植物能转化到代谢更有效的C4型开辟了道路。
提高光合作用的效率关键之一是如何控制暗反应中关键酶的活力;用物理方法暂时性的抑制酶活力显然要比化学方法有利得多。
细胞利用环境中饱和和不饱和脂肪酸与温度有关。
在15~20℃时利用油酸,而在20~25℃时则主要利用亚油酸,从而提供了不同温度条件下控制作物能量转换途径来提高作物的营养价值。
70年代末全球耗地为1.5×109公顷土地,其中盐碱地占4×108公顷。
能否利用某些好盐菌来改良土壤,尤其是具有视紫红质的好盐菌,借助它能将光能直接转换成化学能,是值得考虑的。
辐射育种、激光育种由于没有掌握生物物理规律,工作盲目性较大,急待改进,以期获得更好效果。
医学方面 X射线断层照相(CT)、超声、核磁成象能精确地进行肿瘤定位等。
电子成像,如利用同位素标记的脱氧葡萄糖,可以清晰地显示出在休息、学习、听音乐、边学习边听音乐等情况下脑活动的不同状态。
表明脑在不同情况下代谢活动是完全不同的。
这就是神经性障碍的病患者的理想诊断方法。
人工脏器或假肢等领域,如果不能首先从生物体引出固有信号,然后使信号转换,再进行模拟是无法完成的。
工业方面为实现工业改造中高灵敏度条件下小型化自动化,生物原型(模板)是取之不尽的源泉。
生物是个十分复杂的化工厂,无需加温加压即以无比短暂的速度,全部自动化地合成与分解。
几乎没有三废需要处理。
生物又是最精密的电子工厂,厂里零部件之小、灵敏度、精确度之高无与伦比。
不仅全部都是自动控制,而且代偿性强。
例如螳螂的测速绝技──在0.05秒内测准掠过它眼前小虫的大小、方向与飞行速度──的装置只是它的一对大复眼和颈部的本体感受器。
生物物理学把原型加以研究,然后进行数学模拟和电子模拟,先后制成了电子蛙眼跟踪器──跟踪移动目标、水母风暴预报装置、高清晰度的电视(仿鲎眼侧抑制原理)等。
目前人们已开始探索以分子为元件的计算机的可能性。
一方面物理及物理化学技术的应用促进了生物物理学的发展;另一方面技术在应用于生物对象时必须有所改进。
比如最早电子顺磁共振波谱仪(ESR)应用于生物材料,首先碰到含水、恒温等问题。
一般研究活物质的技术都要求满足:低能量、无损伤、小样品、短时间、最迫近生活状态等条件。
这些条件难度都较高,因此,生物物理学对技术的发展也有很大的促进。
生物物理学是研究活物质的物理学。
尽管生命是自然界的高级运动形式,也仍然是自然界3个量(质量、能量和信息)综合运动的表现。
只是在生理体内这种运动变化既复杂又迅速,而且随着生物物质结构的复杂化,能量利用愈趋精密,信息量愈来愈大。