Biophysikaaliset

Biophysikaaliset viittaa biologisten järjestelmien ja fysikaalisten ilmiöiden tutkimukseen, jossa elämän toimintaa tarkastellaan fysikaalisten periaatteiden kautta. Termiä käytetään sekä adjektiivinä että substantiivina kuvaamaan biophysikaalisia ominaisuuksia, ilmiöitä ja menetelmiä, joilla näitä piirteitä mitataan, mallinnetaan tai tulkitaan. Biophysikaaliset lähestymistavat muodostavat osan biotieteen ja fysiikan välisen rajan yhdistämisestä ja niitä sovelletaan sekä perus- että soveltavissa tutkimuksissa.

Keskeisiä aiheita ovat solujen ja kudosten mekaaniset ominaisuudet sekä liikkuvuus, kalvojen sähköiset ja optiset ominaisuudet sekä biomolekyylien dynamiikka ja energiatasapaino. Lisäksi tarkastellaan vuorovaikutuksia ympäristön kanssa sekä lämpöprosesseja ja lämpötilan vaikutusta biologisiin toimintoihin. Biophysikaaliset ilmiöt voivat ilmetä sekä yksittäisten molekyylien että koko eliön tasolla.

Menetelmät: Biophysikaalisia tutkimuksia tukevat sekä kokeelliset että laskennalliset tekniikat. Esimerkkejä kokeellisista työkaluista ovat atomivoima-mikroskopia (AFM) ja optiset tönäysvälineet (optical tweezers), konfokaalimikroskologia sekä fluoresenssimikroskologia. Molekyylitasolla käytetään spektroskopiaa (UV-Vis, FTIR, Raman), NMR sekä cryo-EM ja hajontaan perustuvia tekniikoita. Solujen sähköisiä toimintoja mitataan elektrofyysikalla ja kalvon potentiaalin mittauksilla. Laskennassa hyödynnetään biophysikaalisia malleja, simulointeja ja data-analyysiä monitasoiseen ymmärrykseen.

Sovellukset: Biophysikaaliset tutkimukset tukevat lääketiedettä, bioteknologiaa sekä materiaalitiedettä ja ympäristötutkimusta. Niiden avulla voidaan ymmärtää solukon rakenteita, mitata solujen mekaanista vastustuskykyä, kehittää biomateriaaleja ja biosensoreita sekä tukea lääkekehitystä ja diagnostiikkaa. Tutkimus syventää proteiinien, kalvojen ja solujen vuorovaikutusten perusteita.

Haasteet: Keskeisiä ovat erilaisten tasojen ja skaalojen yhteensovittaminen, suurten datamäärien analysointi sekä toistettavuus. Standardointi ja yhteisten nimeämiskäytäntöjen kehittäminen sekä monialainen yhteistyö ovat myös tärkeitä kehityskohteita.