ชีวฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์สหวิทยาการที่ประยุกต์ใช้แนวทางและวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในฟิสิกส์เพื่อศึกษาปรากฏการณ์ทางชีววิทยา^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

ชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลโดยทั่วไปจะศึกษาคำถามทางชีววิทยาที่คล้ายคลึงกับคำถามในสาขาชีวเคมีและชีววิทยาระดับโมเลกุลโดยมุ่งค้นหาพื้นฐานทางกายภาพของปรากฏการณ์ทางชีวโมเลกุล นักวิทยาศาสตร์ในสาขานี้ทำการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างระบบต่างๆ ของเซลล์ รวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างDNA , RNAและการสังเคราะห์โปรตีนตลอดจนวิธีการควบคุมปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ มีเทคนิคหลากหลายประเภทที่ใช้ในการตอบคำถามเหล่านี้

ชีวฟิสิกส์ครอบคลุมทุกระดับขององค์ประกอบทางชีวภาพตั้งแต่ระดับโมเลกุลไปจนถึงระดับสิ่งมีชีวิตและประชากรการวิจัยทางชีวฟิสิกส์มีความทับซ้อนอย่างมากกับชีวเคมี ชีววิทยาระดับโมเลกุลเคมีเชิงฟิสิกส์สรีรวิทยา นาโนเทคโนโลยีวิศวกรรมชีวภาพชีววิทยาเชิงคำนวณ กลศาสตร์ชีวภาพ ชีววิทยาพัฒนาการ และชีววิทยา ระบบเทคนิคการ ถ่ายภาพ ด้วยฟลูออเรสเซนต์รวมถึงกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนการ วิเคราะห์โครงสร้าง ผลึกด้วยรังสีเอกซ์สเปกโทรสโกปี NMRกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และการกระเจิงมุมเล็ก (SAS)

การกระเจิงรังสีเอกซ์มุมเล็กและการกระเจิงนิวตรอนมุมเล็ก (SAXS/SANS) มักใช้ในการแสดงภาพโครงสร้างที่มีความสำคัญทางชีววิทยาพลวัตของโปรตีนสามารถสังเกตได้ด้วยสเปกโทรสโกปีนิวตรอนสปินเอ คโค การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสามารถวัดได้โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่นอินเตอร์เฟอโรเมตรีแบบโพลาไรซ์คู่ไดโค ร อิซึมแบบวงกลม SAXS และSANSการจัดการโมเลกุลโดยตรงโดยใช้แหนบแสงหรือAFMก็สามารถใช้เพื่อตรวจสอบเหตุการณ์ทางชีววิทยาที่แรงและระยะทางอยู่ในระดับนาโนได้เช่นกัน นักชีวฟิสิกส์ระดับโมเลกุลมักพิจารณาเหตุการณ์ทางชีววิทยาที่ซับซ้อนว่าเป็นระบบของเอนทิตีที่โต้ตอบกัน ซึ่งสามารถทำความเข้าใจได้ เช่น ผ่านกลศาสตร์เชิงสถิติอุณหพลศาสตร์และจลนศาสตร์เคมีโดยการดึงความรู้และเทคนิคการทดลองจากหลากหลายสาขาวิชา นักชีวฟิสิกส์มักสามารถสังเกต สร้างแบบจำลอง หรือแม้แต่จัดการโครงสร้างและการโต้ตอบของโมเลกุล แต่ละตัว หรือกลุ่มโมเลกุล ได้โดยตรง

ฟิสิกส์การแพทย์ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของชีวฟิสิกส์ คือการประยุกต์ใช้ฟิสิกส์กับการแพทย์หรือการดูแลสุขภาพตั้งแต่รังสีวิทยาไปจนถึงกล้องจุลทรรศน์และนาโนเวชศาสตร์ตัวอย่างเช่น นักฟิสิกส์Richard Feynmanได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับอนาคตของนาโนเวชศาสตร์เขาเขียนเกี่ยวกับแนวคิดการใช้เครื่องจักรชีวภาพ ในทางการแพทย์ (ดูเครื่องจักรนาโน ) Feynman และAlbert Hibbsแนะนำว่าเครื่องจักรซ่อมแซมบางชนิดอาจมีขนาดเล็กลงจนถึงจุดที่ (ดังที่ Feynman กล่าวไว้) สามารถ " กลืนหมอ " ได้ แนวคิดนี้ได้รับการกล่าวถึงในบทความของ Feynman ในปี 1959 เรื่องThere's Plenty of Room at the Bottom ^{[ 5 ]}

คำว่าชีวฟิสิกส์ยังถูกใช้เป็นประจำในแวดวงวิชาการเพื่อบ่งชี้ถึงการศึกษาปริมาณทางกายภาพ (เช่นกระแสไฟฟ้าอุณหภูมิความเครียดเอนโทรปี)ในระบบชีวภาพ วิทยาศาสตร์ชีวภาพอื่นๆก็ทำการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติทางชีวฟิสิกส์ของสิ่งมีชีวิตเช่นกัน รวมถึงชีววิทยาระดับโมเลกุลชีววิทยาระดับเซลล์ชีววิทยาเคมีและชีวเคมีนอกเหนือจากหัวข้อชีวฟิสิกส์แบบดั้งเดิม (เช่น ระดับโมเลกุลและระดับเซลล์) เช่นชีววิทยาโครงสร้างหรือจลนศาสตร์ของเอนไซม์ชีวฟิสิกส์สมัยใหม่ยังครอบคลุมการวิจัยที่หลากหลายอย่างเหลือเชื่อ ตั้งแต่ชีวอิเล็กทรอนิกส์ ไป จนถึงชีววิทยาระดับควอนตัมซึ่งเกี่ยวข้องกับทั้งเครื่องมือเชิงทดลองและเชิงทฤษฎี เป็นเรื่องที่พบได้บ่อยมากขึ้น^{[ 4 ]}ที่นักชีวฟิสิกส์จะนำแบบจำลองและเทคนิคการทดลองที่ได้มาจากฟิสิกส์รวมถึงคณิตศาสตร์และสถิติ มาประยุกต์ใช้กับระบบขนาดใหญ่ เช่นเนื้อเยื่ออวัยวะ^{[ 6 ]}ประชากร^{[ 7 ]}และระบบนิเวศ แบบจำลองทางชีวฟิสิกส์ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการศึกษาการนำไฟฟ้าในเซลล์ประสาท เดี่ยว ตลอดจนการวิเคราะห์วงจรประสาททั้งในเนื้อเยื่อและสมองทั้งหมด

การศึกษาของLuigi Galvani (1737–1798) ได้วางรากฐานให้กับสาขาชีวฟิสิกส์ในเวลาต่อมา การศึกษาชีวฟิสิกส์ในช่วงแรกๆ บางส่วนดำเนินการในช่วงทศวรรษ 1840 โดยกลุ่มที่รู้จักกันในชื่อโรงเรียนนักสรีรวิทยาแห่งเบอร์ลิน ในบรรดาสมาชิกของกลุ่มนี้มีผู้บุกเบิก เช่นHermann von Helmholtz , Ernst Heinrich Weber , Carl FW LudwigและJohannes Peter Müller ^{[ 8 ]}

คำว่าชีวฟิสิกส์ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยKarl Pearsonในปี พ.ศ. 2435 ^{[ 9 ] [ 10 ]} William T. Bovie (พ.ศ. 2425–2591) ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้นำในการพัฒนาสาขานี้ต่อไปในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เขาเป็นผู้นำในการพัฒนาการผ่าตัด ด้วยไฟฟ้า

ความนิยมของสาขานี้เพิ่มสูงขึ้นเมื่อหนังสือWhat Is Life?ของErwin Schrödingerได้รับการตีพิมพ์ ตั้งแต่ปี 1957 นักชีวฟิสิกส์ได้รวมตัวกันจัดตั้งสมาคมชีวฟิสิกส์ซึ่งปัจจุบันมีสมาชิกประมาณ 9,000 คนทั่วโลก^{[ 11 ]}

ผู้เขียนบางคน เช่นโรเบิร์ต โรเซนวิพากษ์วิจารณ์ชีวฟิสิกส์โดยอ้างว่าวิธีการทางชีวฟิสิกส์ไม่ได้คำนึงถึงลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์ทางชีววิทยา^{[ 12 ]}

แม้ว่าวิทยาลัยและมหาวิทยาลัยบาง แห่ง จะมีภาควิชาชีวฟิสิกส์โดยเฉพาะ ซึ่งมักอยู่ในระดับบัณฑิตศึกษา แต่หลายแห่งไม่มีภาควิชาชีวฟิสิกส์ในระดับมหาวิทยาลัย แต่มีกลุ่มวิจัยอยู่ในภาควิชาที่เกี่ยวข้อง เช่นชีวเคมีชีววิทยาของเซลล์เคมีวิทยาการคอมพิวเตอร์วิศวกรรมศาสตร์คณิตศาสตร์แพทยศาสตร์ชีววิทยาระดับโมเลกุลประสาทวิทยาเภสัชวิทยาฟิสิกส์และสรีรวิทยา ขึ้นอยู่กับจุดแข็งของแต่ละภาควิชาในมหาวิทยาลัย การ เน้นย้ำในสาขาชีว ฟิสิกส์ก็จะแตกต่างกันไป ต่อไปนี้เป็นรายการตัวอย่างของวิธีการที่แต่ละภาควิชาใช้ความพยายามในการศึกษาชีวฟิสิกส์ รายการนี้ไม่ได้ครอบคลุมทั้งหมด และไม่ใช่ทุกสาขาวิชาที่จะเป็นของภาควิชาใดภาควิชาหนึ่งโดยเฉพาะ สถาบันการศึกษาแต่ละแห่งมีกฎเกณฑ์ของตนเอง และมีการทับซ้อนกันระหว่างภาควิชาต่างๆ มากมาย

• ชีววิทยาและชีววิทยาระดับโมเลกุล – การควบคุมยีน , พลวัตของโปรตีนเดี่ยว, ชีวพลังงาน , การวัดศักย์ไฟฟ้าด้วยกระแสไฟฟ้า , กลศาสตร์ชีวภาพ , ฟิสิกส์ไวรัส
• ชีววิทยาโครงสร้าง – โครงสร้างของโปรตีน กรดนิวคลีอิก ไขมัน คาร์โบไฮเดรต และสารประกอบเชิงซ้อนของสารเหล่านี้ ในระดับความละเอียดอังสตรอม
• ชีวเคมีและเคมี – โครงสร้างชีวโมเลกุล, siRNA, โครงสร้างกรดนิวคลีอิก, ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและกิจกรรม
• วิทยาการคอมพิวเตอร์ – เครือข่ายประสาทเทียมฐานข้อมูลชีวโมเลกุล และฐานข้อมูลยา
• เคมีเชิงคำนวณ – การจำลองพลศาสตร์โมเลกุลการจับคู่โมเลกุลเคมีควอนตัม
• ชีวสารสนเทศศาสตร์ – การจัดเรียงลำดับ , การจัดเรียงโครงสร้าง , การทำนายโครงสร้างโปรตีน
• คณิตศาสตร์ – ทฤษฎีกราฟ/เครือข่าย การสร้างแบบจำลองประชากร ระบบพลวัต พันธุ ศาสตร์เชิงวิวัฒนาการ
• การแพทย์ – การวิจัยทางชีวฟิสิกส์ที่เน้นด้านการแพทย์ ชีวฟิสิกส์ทางการแพทย์เป็นสาขาที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสรีรวิทยา โดยอธิบายแง่มุมและระบบต่างๆ ของร่างกายจากมุมมองทางฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ตัวอย่างเช่นพลศาสตร์ของไหลในการไหลเวียนของเลือด ฟิสิกส์ของก๊าซในการหายใจ รังสีในการวินิจฉัย/การรักษา และอื่นๆ อีกมากมาย ชีวฟิสิกส์ถูกสอนเป็นวิชาพื้นฐานก่อนการปฏิบัติทางคลินิกในโรงเรียนแพทย์ หลายแห่ง โดยเฉพาะในยุโรป
• ประสาทวิทยาศาสตร์ – การศึกษาเครือข่ายประสาททั้งในเชิงทดลอง (การผ่าสมอง) และเชิงทฤษฎี (แบบจำลองคอมพิวเตอร์) รวมถึงค่าสภาพยอมทางไฟฟ้า ของเยื่อหุ้มเซลล์
• เภสัชวิทยาและสรีรวิทยา – แชนเนลโอมิกส์ , สรีรวิทยาไฟฟ้า , ปฏิสัมพันธ์ทางชีวโมเลกุล, เยื่อหุ้มเซลล์, โพลีคีไทด์
• ฟิสิกส์ – เอนโทรปีเชิงลบกระบวนการสุ่มและการพัฒนาเทคนิคและเครื่องมือ ทางฟิสิกส์ใหม่ๆ รวมถึงการประยุกต์ใช้
• ชีววิทยาควอนตัม – สาขาชีววิทยาควอนตัมประยุกต์ใช้กลศาสตร์ควอนตัมกับวัตถุและปัญหาทางชีววิทยาไอโซเมอร์ที่สูญเสียความสอดคล้องกัน ส่งผลให้เกิดการแทนที่เบสแบบขึ้นอยู่กับเวลา การศึกษาเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้ในการคำนวณควอนตัม
• พืชศาสตร์และการเกษตร

เทคนิคทางชีวฟิสิกส์หลายอย่างเป็นเอกลักษณ์เฉพาะในสาขานี้ งานวิจัยในสาขาชีวฟิสิกส์มักเริ่มต้นโดยนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการฝึกฝนมาทางด้านชีววิทยา เคมี หรือฟิสิกส์

ที่Wikiversityคุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมและสอนผู้อื่นเกี่ยวกับชีวฟิสิกส์ ได้ ที่ภาควิชาชีวฟิสิกส์

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับชีวฟิสิกส์

• สมาคมชีวฟิสิกส์
• วารสารสรีรวิทยา: ฉบับเสมือนจริงปี 2012 ชีวฟิสิกส์และอื่นๆ
• วิกิชีวฟิสิกส์
• ลิงก์ไปยังแหล่งรวบรวมทรัพยากรการเรียนรู้สำหรับนักศึกษา: biophysika.de (ภาษาอังกฤษ 60% ภาษาเยอรมัน 40%)