Opredelitev biomedicinske fizike

Biomedicinska fizika je interdisciplinarna znanstvena veja, ki preučuje različne aplikacije fizikalno-matematičnih ved na biomedicinskem področju.

Trenutna potreba po pridobivanju kvantitativnih rezultatov bioloških poskusov, razvoju tehnologij, ki se uporabljajo v različnih metodah diagnoza ali terapije je med drugim zahtevalo sodelovanje različnih znanstvenih disciplin in ljudje z interdisciplinarno izobrazbo, ki jim omogoča vdor v to vrsto Projekti. Biomedicinska fizika je sestavljena iz aplikacij fizikalno-matematičnih znanosti v biomedicini, te uporabe segajo od preiskava od osnovne znanosti na biomedicinskem področju do uporabne znanosti pri temah medicinskega ali zdravstvenega pomena.

Kako sta povezani fizika in biomedicina?

Čeprav se sprva Fizika in biomedicina zdita dve zelo oddaljeni drug od drugega, resnica je, da velikokrat pregrada, ki ju ločuje, postane a tako razpršeno. Morda prvi dokaz, ki je nakazoval povezavo med fiziko in biologijo, so bili poskusi, ki jih je izvedel Luigi Galvani, v katerih je opazil, da s prehodom

električni tok s hrbtenjačo mrtve žabe bi kraki žabe trznili na podoben način, kot so to počeli, ko je bila žaba živa. Danes vemo, da živčni signali niso nič drugega kot električni impulzi, ki se pošiljajo skozi aksone nevronov in da mišično kontrakcijo izvaja a konstantna transport ionov skozi membrane mišičnih vlaken.

Zaradi tega pomena, ki ga imajo električni pojavi v živih bitjih, je fizika v veliki meri prispevala k razvoj tehnik, ki omogočajo zaznavanje bioelektričnih signalov za preučevanje bioloških sistemov ali za diagnozo bolezni. V zadnji kategoriji izstopajo diagnostične tehnike, kot je elektrokardiogram (EKG), ki zajema zaznavanje električnih signalov srce in elektroencefalogram (EEG), ki analizira električne signale možganov, obe metodi omogočata odkrivanje nepravilnosti v električnih signalih prej omenjenih organov, ki so lahko povezane z različnimi patologijami oz. pogoji.

Odkritja fizike so imela velik vpliv tudi na študij biologije. Odkritje rentgenskih žarkov s strani Röntgena leta 1895 je omogočilo razvoj rentgenske kristalografije, tehnike, ki uporablja rentgenske žarke za odkrivanje atomske strukture določenih molekul. To tehniko so uporabili Rosalind Franklin, James Watson in Francis Crick, da bi odpravili veliko skrivnost strukture dna in razkrije njegovo strukturo dvojne vijačnice. Prav tako je imela fizika pomembno vlogo pri kvantitativnem preučevanju molekularnih mehanizmov, ki omogočajo obstoj življenja, in razvoju tehnik, kot je npr. mikroskop atomske sile (AFM), optične pincete in mikrofluidni sistemi, ki olajšajo preučevanje bioloških sistemov.

V medicini nekatere diagnostične tehnike, kot so rentgenski žarki, računalniška tomografija (CT) in slikovna tomografija Optična koherenca (OCT) ne bi bila mogoča brez razumevanja elektromagnetnega sevanja in njegove interakcije s telesom človek. Druge diagnostične metode, kot sta magnetna resonanca (MR) in pozitronska emisijska tomografija (PET skeniranje) Temeljijo na povsem kvantnih pojavih, katerih razumevanje jim je omogočilo, da so našli uporabo na terenu zdravnik. Tudi zdravljenja, kot je radioterapija, ki vključuje uporabo velikih odmerkov sevanja ionizirajočega sredstva za ciljno ubijanje rakavih celic, zahteva stalno spremljanje zagotoviti učinkovitost zdravljenja in varnost bolnika. Pomembno je omeniti, da sta razvoj in upravljanje teh diagnostičnih in terapevtskih tehnik naloga druge bolj specializirane veje fizike, imenovane "medicinska fizika".

Trenutno je ena od vej, ki v biomedicinskih raziskavah pridobiva veliko težo, razvoj matematičnih in računalniških modelov fizioloških procesov. V teh modelih se fizika in matematika uporabljata za numerične abstrakcije bioloških sistemov, te modele je mogoče uvesti v računalnik izvajati simulacije in izvajati tako imenovane »študije In Silico«. Poskusi In Silico so bili zelo koristni za usmerjanje in spodbujanje drugih poskusov, ki so izvajajo na biološkem področju in pričakujejo, da bodo v prihodnosti prevzele večjo vlogo v disciplinah, kot je npr the Molekularna biologija, the Farmakologija, med drugim.

Odgovori na velike uganke narave so bili pridobljeni s sodelovanjem različnih znanstvenih disciplin in vse kaže, da bo tako tudi v prihodnje.