Definisjon av biomedisinsk fysikk

Biomedisinsk fysikk er en tverrfaglig vitenskapelig gren som består av studiet av ulike anvendelser av fysisk-matematiske vitenskaper i det biomedisinske området.

Det nåværende behovet for å oppnå kvantitative resultater fra biologiske eksperimenter, for å utvikle teknologier som brukes i ulike metoder for diagnose eller terapier har blant annet krevd samarbeid mellom ulike vitenskapelige disipliner og personer med en tverrfaglig opplæring som tillater deres inntreden i denne typen Prosjekter. Biomedisinsk fysikk består av anvendelser av de fysiske - matematiske vitenskapene i biomedisin, disse bruksområdene spenner fra etterforskning i grunnleggende vitenskap i det biomedisinske området til anvendt vitenskap i emner av medisinsk eller helsemessig interesse.

Hvordan er fysikk og biomedisin relatert?

Selv om fysikk og biomedisin først ser ut til å være to veldig fjernt fra hverandre, er sannheten at mange ganger blir barrieren som skiller dem en så diffust. Kanskje det første beviset som antydet et forhold mellom fysikk og biologi var eksperimentene utført av Luigi Galvani der han observerte at ved å passere en

elektrisk strøm ved ryggmargen til en død frosk, rykket froskens ben på en måte som ligner på hvordan de gjorde da frosken levde. I dag vet vi at nervesignaler ikke er noe annet enn elektriske impulser som sendes til gjennom axonene til nevroner og at muskelkontraksjon utføres av en konstant ionetransport gjennom membranene til muskelfibre.

På grunn av denne relevansen som elektriske fenomener har i levende vesener, har fysikk i stor grad bidratt til utvikling av teknikker som tillater deteksjon av bioelektriske signaler for studiet av biologiske systemer eller for diagnostisering av sykdommer. I denne siste kategorien skiller diagnostiske teknikker som elektrokardiogram (EKG) seg ut, som består i å oppdage de elektriske signalene til hjerte og elektroencefalogrammet (EEG) som analyserer de elektriske signalene i hjernen, tillater begge metodene påvisning av abnormiteter i de elektriske signalene til de nevnte organene som kan være relatert til ulike patologier eller forhold.

Oppdagelsene gjort av fysikk har også hatt stor innvirkning på studiet av biologi. Oppdagelsen av røntgenstråler av Röntgen i 1895 tillot utviklingen av røntgenkrystallografi, en teknikk som bruker røntgenstråler for å oppdage atomstrukturen til visse molekyler. Denne teknikken ble brukt av Rosalind Franklin, James Watson og Francis Crick for å sette en stopper for det store mysteriet med strukturen til dna og avslører dens doble helixstruktur. Dessuten har fysikk spilt en viktig rolle når man kvantitativt studerer de molekylære mekanismene som muliggjør eksistensen av liv og utviklingen av teknikker som f.eks. atomkraftmikroskop (AFM), optisk pinsett og mikrofluidiske systemer som letter studiet av biologiske systemer.

I medisin, noen diagnostiske teknikker som røntgen, computertomografi (CT) og bildetomografi Optisk koherens (OCT) kunne ikke vært mulig uten forståelsen av elektromagnetisk stråling og dens interaksjon med kroppen menneskelig. Andre diagnostiske metoder som Magnetic Resonance (MR) og Positron Emission Tomography (PET Scan) De er basert på rene kvantefenomener hvis forståelse tillot dem å finne anvendelse i feltet doktor. Også behandlinger som strålebehandling som består av påføring av store doser stråling ioniserende middel for å drepe kreftceller på en målrettet måte, krever konstant overvåking for å sikre effektivitet av behandlingen og sikkerhet av pasienten. Det er viktig å nevne at utviklingen og styringen av disse diagnose- og behandlingsteknikkene er oppgaven til en annen mer spesialisert gren av fysikk kalt "Medisinsk fysikk".

For tiden er en av grenene som får betydelig vekt i biomedisinsk forskning utviklingen av matematiske og beregningsmodeller for fysiologiske prosesser. I disse modellene brukes fysikk og matematikk til å gjøre numeriske abstraksjoner av biologiske systemer, disse modellene kan introduseres i en datamaskin å gjennomføre simuleringer og gjennomføre det som er kjent som «In Silico Studies». I Silico har eksperimenter vært svært nyttige for å veilede og stimulere andre eksperimenter som er gjennomføres i det biologiske området og det forventes at de i fremtiden vil ta en større rolle innen fag som f.eks. de Molekylbiologi, den Farmakologi, blant andre.

Svarene på naturens store gåter er oppnådd takket være samspillet mellom ulike vitenskapelige disipliner, og alt tyder på at dette vil fortsette å være tilfelle i fremtiden.