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生物物理学は、物理学で従来用いられてきたアプローチや手法を生物現象の研究に応用する学際的な科学である。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
分子生物物理学は、生化学や分子生物学と同様に、生体分子現象の物理的基盤を解明することを目的として、生物学的な疑問に取り組みます。この分野の科学者は、DNA、RNA、タンパク質生合成間の相互作用、およびこれらの相互作用がどのように制御されているかなど、細胞内の様々なシステム間の相互作用を理解することに関心を持って研究を行っています。これらの疑問に答えるために、非常に多様な技術が用いられています。
生物物理学は、分子レベルから個体レベル、個体群レベルまで、あらゆるスケールの生物学的組織を網羅しています。生物物理学の研究は、生化学、分子生物学、物理化学、生理学、ナノテクノロジー、バイオエンジニアリング、計算生物学、バイオメカニクス、発生生物学、システム生物学と大きく重複しています。蛍光イメージング技術、電子顕微鏡、 X線結晶構造解析、NMR分光法、原子間 力顕微鏡（ AFM ）、小角散乱（ SAS ）などが用いられます。
小角X線散乱および小角中性子散乱（SAXS/SANS）は、生物学的に重要な構造を可視化するためによく用いられます。タンパク質のダイナミクスは、中性子スピンエコー分光法によって観察できます。構造のコンフォメーション変化は、二重偏光干渉法、円偏光二色性、SAXS、SANSなどの技術を用いて測定できます。光ピンセットやAFMを用いた分子の直接操作も、力と距離がナノスケールである生物学的現象をモニタリングするために使用できます。分子生物物理学者は、複雑な生物学的現象を、統計力学、熱力学、化学反応速度論などによって理解できる相互作用する実体のシステムとして捉えることがよくあります。生物物理学者は、幅広い分野からの知識と実験技術を活用することで、個々の分子または分子複合体の構造と相互作用を直接観察、モデル化、あるいは操作できることがよくあります。
医用物理学は生物物理学の一分野であり、放射線学から顕微鏡学、ナノ医療に至るまで、医学や医療に物理学を応用するあらゆる分野を指します。例えば、物理学者のリチャード・ファインマンはナノ医療の未来について理論化しました。彼は生物学的機械の医療用途のアイデアについて書いています（ナノマシンを参照）。ファインマンとアルバート・ヒブスは、特定の修理機械がいつか小型化され、（ファインマンの言葉を借りれば）「医者を飲み込む」ことが可能になるかもしれないと示唆しました。このアイデアは、ファインマンの1959年のエッセイ「底には十分な空間がある」で議論されました。[ 5 ]
生物物理学という用語は、生物システムの物理量（電流、温度、応力、エントロピーなど）の研究を示すために学術界でもよく使われます。他の生物科学も、分子生物学、細胞生物学、化学生物学、生化学など、生物の生物物理学的特性に関する研究を行っています。構造生物学や酵素反応速度論などの伝統的な（つまり分子および細胞の）生物物理学的トピックに加えて、現代の生物物理学は、実験的および理論的ツールの両方を含むバイオエレクトロニクスから量子生物学まで、非常に幅広い研究範囲を網羅しています。生物物理学者が、物理学、数学、統計学から派生したモデルと実験的手法を、組織、臓器[ 6 ]、個体群[ 7 ]、生態系などのより大きなシステムに適用することがますます一般的になっています[ 4 ] 。生物物理学モデルは、単一ニューロンの電気伝導の研究や、組織および脳全体の神経回路解析に広く使用されています。
ルイージ・ガルヴァーニ（1737～1798）の研究は、後の生物物理学の分野の基礎を築いた。生物物理学における初期の研究のいくつかは、1840年代にベルリン学派の生理学者として知られるグループによって行われた。そのメンバーには、ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ、エルンスト・ハインリヒ・ウェーバー、カール・F・W・ルートヴィヒ、ヨハネス・ペーター・ミュラーなどの先駆者がいた。[ 8 ]
生物物理学という用語は、もともと1892年にカール・ピアソンによって導入されました。[ 9 ] [ 10 ]ウィリアム・T・ボビー（1882-1958）は、20世紀半ばにこの分野のさらなる発展を主導した人物として知られています。彼は電気外科手術の開発を主導しました。
エルヴィン・シュレーディンガーの著書『生命とは何か？ 』が出版されてから、この分野の人気が高まった。 1957年以来、生物物理学者は生物物理学会を組織しており、現在では世界中に約9,000人の会員がいる。[ 11 ]
ロバート・ローゼンなどの著者は、生物物理学的手法が生物現象の特異性を考慮していないという理由で生物物理学を批判している。[ 12 ]
大学院レベルで生物物理学の専門学科を設けている大学もありますが、多くの大学には大学レベルの生物物理学学科はなく、生化学、細胞生物学、化学、コンピュータ科学、工学、数学、医学、分子生物学、神経科学、薬理学、物理学、生理学といった関連学科に研究グループが存在します。大学の学科の強みによって、生物物理学分野への重点の置き方は異なります。以下は、各学科が生物物理学の研究にどのように取り組んでいるかの例です。このリストは網羅的なものではありません。また、すべての研究分野が特定の学科にのみ属するわけでもありません。各教育機関は独自のルールを設けており、学科間には多くの重複があります。
生物物理学の分野には、この分野特有の技術が数多く存在する。生物物理学の研究は、生物学者、化学者、物理学者といった専門分野の訓練を受けた科学者によって開始されることが多い。
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