Definition av biomedicinsk fysik

Biomedicinsk fysik är en tvärvetenskaplig vetenskapsgren som består av studier av olika tillämpningar av fysikalisk-matematiska vetenskaper inom det biomedicinska området.

Det nuvarande behovet av att erhålla kvantitativa resultat från biologiska experiment, för att utveckla teknologier som används i olika metoder för diagnos eller terapier har bland annat krävt samarbete mellan olika vetenskapliga discipliner och personer med en tvärvetenskaplig utbildning som tillåter deras intrång i denna typ av Projekt. Biomedicinsk fysik består av tillämpningar av de fysikaliska - matematiska vetenskaperna inom biomedicin, dessa tillämpningar sträcker sig från undersökning i grundvetenskap inom det biomedicinska området till tillämpad vetenskap i ämnen av medicinskt eller hälsointresse.

Hur är fysik och biomedicin relaterade?

Även om fysik och biomedicin till en början verkar vara två väldigt på avstånd från varandra, är sanningen att många gånger blir barriären som skiljer dem åt en så diffust. Det kanske första beviset som antydde ett samband mellan fysik och biologi var de experiment som utfördes av Luigi Galvani där han observerade att genom att passera en

elektrisk ström vid ryggmärgen på en död groda, ryckte grodans ben på ett sätt som liknade hur de gjorde när grodan levde. Idag vet vi att nervsignaler inte är något annat än elektriska impulser som skickas till genom neuronernas axoner och att muskelkontraktion utförs av en konstant jontransport genom muskelfibrernas membran.

På grund av denna relevans som elektriska fenomen har i levande varelser, har fysik i stor utsträckning bidragit till utveckling av tekniker som tillåter detektering av bioelektriska signaler för studier av biologiska system eller för diagnos av sjukdomar. I den sista kategorin utmärker sig diagnostiska tekniker som elektrokardiogram (EKG), som består av att detektera de elektriska signalerna från hjärta och elektroencefalogrammet (EEG) som analyserar de elektriska signalerna i hjärnan, båda metoderna tillåter detektering av avvikelser i de elektriska signalerna från ovannämnda organ som kan vara relaterade till olika patologier eller betingelser.

Fysikens upptäckter har också haft stor inverkan på studiet av biologi. Röntgens upptäckt av röntgenstrålning 1895 möjliggjorde utvecklingen av röntgenkristallografi, en teknik som använder röntgenstrålar för att upptäcka atomstrukturen hos vissa molekyler. Denna teknik användes av Rosalind Franklin, James Watson och Francis Crick för att sätta stopp för det stora mysteriet med strukturen av dna och avslöjar dess dubbla helixstruktur. Fysiken har också spelat en viktig roll när man kvantitativt studerar de molekylära mekanismerna som möjliggör livets existens och utvecklingen av tekniker som t.ex. atomkraftmikroskop (AFM), optisk pincett och mikrofluidsystem som underlättar studiet av biologiska system.

Inom medicin, vissa diagnostiska tekniker som röntgen, datortomografi (CT) och bildtomografi Optisk koherens (OCT) skulle inte vara möjlig utan förståelsen av elektromagnetisk strålning och dess interaktion med kroppen mänsklig. Andra diagnostiska metoder som Magnetic Resonance (MR) och Positron Emission Tomography (PET Scan) De är baserade på rent kvantfenomen vars förståelse gjorde det möjligt för dem att hitta tillämpning inom området läkare. Även behandlingar som strålbehandling som består av applicering av stora doser strålning joniserande medel för att döda cancerceller på ett riktat sätt, kräver konstant övervakning för att säkerställa effektivitet av behandlingen och säkerhet av patienten. Det är viktigt att nämna att utvecklingen och hanteringen av dessa diagnostiska och behandlingstekniker är uppgiften för en annan mer specialiserad gren av fysiken som kallas "medicinsk fysik".

För närvarande är en av de grenar som vinner stor vikt inom biomedicinsk forskning utvecklingen av matematiska och beräkningsmodeller för fysiologiska processer. I dessa modeller används fysik och matematik för att göra numeriska abstraktioner av biologiska system, dessa modeller kan introduceras i en dator att genomföra simuleringar och genomföra det som kallas "In Silico Studies". I Silico har experiment varit mycket användbara för att vägleda och stimulera andra experiment som är bedrivs inom det biologiska området och man räknar med att de i framtiden kommer att ta en större roll inom discipliner som t.ex. de Molekylärbiologi, den Farmakologi, bland annat.

Svaren på naturens stora gåtor har erhållits tack vare samspelet mellan olika vetenskapliga discipliner, och allt verkar tyda på att så kommer att fortsätta att vara fallet i framtiden.