الفيزياء الحيوية - Biophysics

نبذة عن الفيزياء الحيوية

يُعرّف علم الفيزياء الحيوية أنَّه أحد التخصصات المتداخلة التي تعتمد على تطبيق نظريات ومناهج علم الفيزياء من أجل حل المسائل والمعضلات التي يتضمنها علم الأحياء. يُطلق على تخصص الفيزياء الحيوية باللغة الإنجليزية Biophysics حيث تتطرَّق الفيزياء البيولوجية أو الحيوية لمواضيع عدة تضُم موضوع "تحليل المتتاليات - Sequence Analysis" إلى جانب "الشبكات العصبونية - Neural Network".

يتداخل أيضًا علم الفيزياء الحيوية مع دراسات تصنيع الأطراف الميكانيكية للإنسان بهدف تنظيم الوظائف الحيوية البيولوجية بشتى الأساليب.

ولعل الفيزياء الحيوية علم يختص تطبيق النظريات والمناهج الفيزيائية التي تتعلَّق بجسم الإنسان والطب نظرًا لتعلقها بدراسة الأجهزة واستخداماتها ودراسة تكوينات الأجهزة واستعمالاتها على جسم الإنسان بغرض التوصل إلى اكتشافات فسيولوجية أو مرضية داخل جسم الإنسان.

كما يُعَد علم الفيزياء الحيوية الحقل العلمي الذي يُعنى بدراسة أساليب ونظريات الفيزياء لفهم كيفية عمل الأنظمة الحيوية ودراسة كيفية تحرك أجزاء الخلية المختلفة ووظائفها ودراسة الأجهزة المعقدة في أجسامنا ومدى تعقيدها مثل الدماغ والدورة الدموية والجهاز الهضمي وغيرها المزيد.

يستخدم علم الفيزياء الحيوية العديد من المجالات التي تنطوي على ما يلي:

• الرياضيات - Math

• الكيمياء - Chemistry

• الفيزياء - Physics

• الهندسة - Engineering

• الصيدلة - Pharmacology

• علم المواد - Materials Science

استنادًا على الحقول العلمية التي سبق ذكرها وتطبيقًا للمبادئ العلمية الأساسية التي تجمع  بين الأحياء و الفيزياء؛ تستطيع الفيزياء الحيوية معالجة مجموعة مواضيع واسعة مثل كيفية اتصال الخلايا العصبية ببعضها البعض وكيفية تحويل الخلايا النباتية إلى طاقة هذا فضلًا عن شرح كيفية وإمكانية تحول الخلايا الصحية في الحمض النووي إلى خلايا سرطانية في حال حدوث بعض التغييرات عليها وما إلى ذلك من المشكلات والمواضيع البيولوجية الأخرى.

اقرأ المزيد: الأطراف الاصطناعية والأجهزة الاصطناعية

لا بد أن يهتم من يرغب الانضمام في هذا التخصص بالمسار العلمي كما ينبغي أنْ يمتلك معظم رواد مجال الفيزياء الحيوية مهارات تفكير منطقية عالية جدًا فريدة من نوعها كما يُتقنون مهارات عدة كفيلة بجعل شخصيتهم مناسبة جدًا لدراسة التخصص.

إذن، اطّلع على المزيد من المهارات والسمات الشخصية التي يجب أن يتحلَّى بها طلبة تخصص الفيزياء بشكل عام وتخصص الفيزياء الحيوية بشكل خاص:

المؤهلات العلمية:

• حتى يحضّر طلبة المدرسة لدراسة تخصص الفيزياء الحيوية في الجامعة؛ عليهم أولًا الالتحاق بالمسار العلمي في المرحلة الثانوية ثم تعميق المعرفة النظرية حول العلوم الطبيعية والفيزيائية بالإضافة إلى الرياضيات وعلم الحاسوب.

• لعل معظم حملة شهادة الدكتوراه في تخصص الفيزياء الحيوية حاصلين على شهادة البكالوريوس في تخصص الكيمياء الحيوية أو تخصصات أخرى ذات صلة مثل الأحياء، أو الكيمياء، أو الفيزياء أو حتى الهندسة.

السمات الشخصية والوظيفية:

لو كان أي شخص يرغب  دراسة تخصص الفيزياء الحيوية والعمل في هذا المجال، عليه أن يكون:

• صاحب خلفية علمية واسعة جدًا

• محبًا للرياضيات، والكيمياء، والفيزياء

• ملمًا بالمبادئ الهندسة المنبثقة من الحقول العلمية الأساسية

• يستطيع اكتشاف وتطوير أدوات جديدة تساعد على تحقيق المزيد من الفهم لكيفية عمل الأنظمة الحيوية

• قادرًا على استخدام معادلات ومسائل ومبادئ الرياضيات بهدف شرح المجريات التي تحدث في علم الطبيعة

• فضوليًا حول التعرف على فهم كيفية عمل الأنظمة الحيوية

• محبًا للتجارب العلمية

• ماهرًا في التجارب المخبرية والبحث العلمي

• قادرًا على التطرق لكميات كبيرة من المعلومات والبيانات ودراسة هذه البيانات من أجل توقع كيفية عمل الأنظمة

• ماهرًا في تحليل كم كبير من البيانات المعقدة

• مهارات حاسوبية

• متطلعًا للعمل في مختبر الجامعة التي يدرس بها من أجل امتلاك خبرة مسبقة عن العمل المخبري قبل الانخراط في سوق العمل

• على طلبة درجة الدكتوراه في الفيزياء الحيوية امتلاك مستوى متقدم من المعرفة النظرية في بعض المواضيع التي قد تشمل "علم السموم - Toxicology" و"الهندسة الوراثية - Genetics" و"علم البروتيوميات - Proteomics"، وهو العلم الذي يدرس  البروتينات

• ماهرًا في المعلوماتية الحيوية أو علم الأحياء الحاسوبية والذي يُعرف باللغة الإنجليزية Bioinformatics

• يستطيع حل وفهم مسائل الرياضيات المعقدة وملمًا في التفاضل والتكامل والإحصاء

• لا يشعر بالملل من دراسة وتحليل كم كبير من البيانات الحيوية

• يُحب قضاء معظم وقته في البحث العلمي والمخبري

• يُجيد مهارات التحليل والمنطق نظرًا لحاجة التجارب العلمية والمخبرية إليها

• ماهرًا في التواصل الفعال

• بارعًا في مهارات الـ STEM

• محبًا لتحفيز وتشجيع الزملاء الآخرين في المجال

• يكتب وينشر التقارير والأبحاث العلمية

• جريئًا في إنشاء العروض التقديمية الاحترافية

• مفكرًا نقديًا

• متعاونًا مع فريق العمل نحو تحقيق الأهداف

• يمهر حل المشكلات

• الكيمياء الحيوية - Biochemistry

• الكيمياء الفيزيائية - Physical Chemistry

• تقنية النانو - Nanotechnology

• الهندسة الحيوية - Bio Engineering

• علم الأحياء الحاسوبي - Computational Biology

• الميكانيكا الحيوية - Biomechanics

• المعلوماتية الحيوية - Bioinformatics

• الطب - Medicine

• العلوم العصبية - Neuro Sciences

• علم وظائف الأعضاء - Physiology

• علم الأحياء الكمومي - Quantum Biology

• علم الأحياء البنيوي - Structural Biology

اختبار الشخصية والتخصص الجامعي اكتشف صفاتك ومهاراتك الشخصية لتتعرف على التخصص الجامعي الذي يناسبك قدّم اختبار الشخصية والتخصص الجامعي الآن

ليست كل الجامعات توفر برنامج لتدريس تخصص الفيزياء الحيوية بشهادة البكالوريوس. ولهذا السبب سوف نُطلعكم على خطة دراسية تمنحكم نبذة عامة عن المواد التي يدرسها طلبة تخصص الفيزياء الحيوية والفيزياء الحيوية الطبية.

متطلبات الجامعة الإجبارية:

تختلف المواد الإجبارية باختلاف الجامعة التي يدرس بها الطلبة لكن دائمًا في أي تخصص هناك مجموعة من المواد الإجبارية التي يدرسها طلبة جميع التخصصات بمجرد انتسابهم إلى الجامعة وتختلف هذه المواد والمقررات الدراسية من دولة إلى أخرى إلَّا أنَّها قد تنحصر على ما يلي من المواد في معظم جامعات الدول العربية:

• اللغة العربية - Arabic Language

• اللغة الإنجليزية - English Language

• التربية الوطنية - Citizenship Education

• مهارات حاسوبية - Computer Skills

مع العلم أنَّ هذه المساقات تُدرس على مراحل استدراكية ثم ينتقل الطلبة إلى لغة إنجليزية المبحث الأول ثم المبحث الثاني وهكذا...

متطلبات الجامعة الاختيارية:

هنا يختار الطلبة مواد معينة وفقًا لعدد الساعات المطلوبة منهم حيث تكون المساقات متنوعة من كليات وأقسام مختلفة لعل أبرزها قسم العلوم الإنسانية والقسم العلمي مثلًا نظرًا لانتساب طلبة الفيزياء الحيوية إلى قسم علمي، وإليكم بعض الأمثلة على هذه المواد:

• حقوق الإنسان - Human Rights

• مهارات التفكير - Thinking Skills

• البيئة والصحة العامة - Environment and Public Health

• مهارات التواصل - Communication Skills

• الطاقة المتجددة - Renewable Energy

• البحث العلمي - Scientific Research

متطلبات الكلية الإجبارية:

يدرس هنا طلبة الكلية بشكل عام مواد تجمع بين التخصصات والأقسام العلمية المشتركة، لهذا إليكم قائمة بأهم المواد التي لا يُمكن لطلبة العلوم التخرج دون دراسة هذه المقررات والمواد:

• تفاضل وتكامل (1) - (1) Calculus

• فيزياء عامة (1) - (1) General Physics

• كيمياء عامة (1) - (1) General Chemistry

• أحياء عامة (1) - (1) General Biology

• ميكانيكا أو فيزياء حيوية - Mechanics/ Biophysics

• البرمجة - Programming (حيث يستطيع أحيانًا الطلبة اختيار لغة البرمجة التي يُريدونها)

متطلبات التخصص الإجبارية والاختيارية:

يختص هذا القسم بتقديم المواد التي تجمع بين طلبة تخصص الفيزياء الحيوية والفيزياء الحيوية الطبية:

• فيزياء عامة (2) - (2) General Physics

• فيزياء عامة (3) - (3) General Physics

• فيزياء عامة عملي (2) - (2) General Physics Lab

• فيزياء عامة عملي (3) - (3) General Physics Lab

• طرق الفيزياء النظرية (1) - (1) Theoretical Physics Methods

• مختبر الإلكترونيات - Electronics Lab

• فيزياء حديثة - Modern Physics

• مقدمة في الفيزياء الطبية الحيوية - Introduction to Biomedical Physics

• نظرية الكهرومغناطيسية - Electromagnetism

• الفيزياء الإشعاعية - Radiological Physics

• فيزياء الإشعاع الحيوي - Physical Bio Radiology

• فيزياء صحية - Health Physics

• ميكانيكا كمية - Quantum Mechanics

• التطبيقات البصرية الطبية - Medical and Optical Applications

• مختبر الفيزياء الطبية - Medical Physics Lab

• الوقاية الإشعاعية والجرعات - Radiation Protection and Doses

• المعالجة الإشعاعية - Radiation Therapy

• تصوير طبي (1) - (1) Medical Imaging

• تصوير طبي (2) - (2) Medical Imaging

• علوم حياتية عامة - General Biological Sciences

• علوم حياتية عامة عملية - General Biological Sciences Practical

• التشريح وفسيولوجيا الإنسان - Anatomy and Human Physiology

• كيمياء عامة (2) - (2) General Chemistry

• كيمياء عامة عملية (1) - (1) Practical General Chemistry

• تفاضل وتكامل (2) - (2) Calculus

• تحليل وسيط (1) - (1) Vector Calculus

• خواص المواد والحرارة - Materials Properties, Heat, and Temperature

• ديناميكا حرارية - Thermodynamics

• ميكانيكا كلاسيكية - Classical Mechanics

• الفيزياء الحيوية - Biophysics

• الفيزياء النووية - Nuclear Physics

• فيزياء الطب النووي - Nuclear Medicine Physics

• تصوير الرنين المغناطيسي - Magnetic Resonance Imaging

• موضوعات خاصة في الفيزياء الحيوية - Special Topics in Biophysics

تبلغ المرحلة الدراسية لتخصصات العلوم جميعها مدة زمنية مقدارها أربعة سنوات حيث تستغرق درجة البكالوريوس في تخصص الفيزياء الحيوية المدة ذاتها وذلك على عكس بقية التخصصات مثل تخصصات الهندسة والطب التي تحتاج إلى ما يزيد عن خمس سنوات.

تعرّف على الوصف الوظيفي الشامل لجميع الوظائف والمهن الأكاديمية والمهنية والتقنية من خلال دليل الوظائف على فرصة

من الطبيعي أن يستمر الطلب والركود على بعض التخصصات العلمية في التأرجح بحيث يكون هناك تخصصات مطلوبة في سوق العمل ممَّا يُسهل على رواد التخصص العثور على وظيفة بينما يُواجه خريجو التخصصات الراكدة صعوبة في العثور على فرصة عمل وقد يجدونها لكن بعد مدة طويلة جدًا.

تُعتبر الفيزياء الحيوية مهمة جدًا في المستقبل كونها تتطوَّر وتتوسَّع يومًا تلو الآخر وهذا بفضل الدمج بين الفيزياء والأحياء في آنٍ واحد مما ينتج عنه تطورات وتوجهات علمية جديدة وحديثة. إذن، تبلغ نسبة الطلب على العاملين في مجال الفيزياء الحيوية 6% حتى عام 2028 في أوروبا وفقًا لموقع Bls وتترواح نسبة الطلب بين متوسطة إلى مرتفعة في الشرق الأوسط ودول الخليج.

الإيجابيات:

• تُساعد دراسة الأحياء على المستوى الجزيئي فهم العديد من ظواهر جسم الإنسان والأمراض وعلاجها

• فهم كل ما يتعلق ببنية الحمض النووية DNA

• فهم العناصر المختلفة في تخصص الكيمياء الحيوية

• فهم بنية البروتينات فضلًا عن التعرف على وظائفها المختلفة

• تتحلى الفيزياء بشكل عام بأهمية فريدة من نوعها في كافة تفاصيل حياتنا

السلبيات:

• تخصص صعب ومعقد

• ضرورة التعامل مع السوائل والمواد والمعدات الخطرة في بعض الأحيان

يستطيع في بعض الأحيان خريجو تخصص الفيزياء الحيوية اكتساب الخبرة من التدريب العملي في شركات تصنيع الأدوية والمصانع الطبية مثلًا، وهناك مجالات عمل متنوعة أخرى متمثلة في استخدام برامج محاكاة الحاسوب بهدف رؤية أشكال البروتينات والڤيروسات بالإضافة إلى المزيد من الجزيئات الأخرى المعقدة. كما يدرس أخصائي الفيزياء الحيوية كيفية تحرك الخلايا بهدف رؤية حركة الهرمونات حول الخلايا وكيفية تواصل وتفاعل خلايا جسم الإنسان مع بعضها البعض.

ولا تستطيع المستشفيات والجهات الطبية جميعها الاستغناء عن خبرة خريجو الفيزياء الحيوية حيث يستمرون في وضع تطورات ولمسات جديدة على تقنيات الصور الطبية وآلات الرنين المغناطيسي.

بناءً على ما سبق ذكره، يُمكن اعتماد من يعمل في مجال الفيزياء الحيوية أنَّه باحث، وميسّر، ومعلم، ومدرّب في عدة حقول علمية متداخلة لعل أهمها الأحياء والفيزياء والهندسة مما يُتيح لهم فرصة العمل في مواقع عدة مثل المستشفيات، والجامعات، وشركات الهندسة، وشركات الأدوية وما إلى ذلك من القطاعات ذات الصلة.

تصفَّح الموقع العربي الأكبر والأول للفرص واطلع على قائمة الفرص والدورات الأونلاين المجانية التي أعدتها منصة فرصة لك في مجال الفيزياء بشكل عام:

• جائزة نقدية بقيمة 5000 يورو لأبحاث الفيزيولوجيا العصبية السريرية وحضور مؤتمر ICCN في أستراليا

• دورة مجانية عبر الإنترنت من edX: مقدمة في فيزياء البلازما

• دورة مجانية أونلاين كمقدمة في الفيزياء الفلكية مقدمة من edx

• دورة أونلاين مجانية من Coursera: مقدمة في علم الفيزياء

أقبلت مجموعة من كبار العلماء في مجال الفيزياء الحيوية على دراسة وتمحيص هذا العلم عن كثب وأثبتوا جهودهم الجبارة وانجازاتهم العظيمة مثل:

الطبيبان ريتشارد دول وبرادفورد هِل، Richard Doll and Bradford Hill تمكن الطبيبان من التوصل إلى مدى العلاقة بين التدخين ومرض السرطان

باربارا ماكلنتوك، Barbara McClintock أبدعت عالمة الجينات الأمريكية باربارا في اكتشافها حيث أثبتت نقل الجينات واستخدمتها لإثبات صحة نظرية أن الجينات مسؤولة عن تحول الخصائص الفيزيائية داخليًا وخارجيًا.

تقنيات الفيزياء الحيوية، Technology of Biophysics تُبرز الصورة أهم التقنيات والأجهزة المستخدمة في الفيزياء الحيوية وهي المجهر الإلكتروني - Electronic Microscope، ودراسة البلورات بالأشعة السينية أو X-ray Crystallography بالإضافة إلى تقنية الرنين المغناطيسي النووي أو ما تُعرف بالاختصار NMR Spectroscopy والمزيد.

اختر التخصص المناسب لك ولمهاراتك

يعمل خبراء الفيزياء الحيوية بهدف التطوير من أساليب علاج الأمراض ومحاربة المجاعات العالمية وإنتاج مصادر الطاقة المتجددة وحل وتفسير أكثر المشكلات والظواهر العلمية تعقيدًا. بشكل مُختصر، يُمكن النظر إلى خبراء الفيزياء الحيوية أنهم من يبذلون جهودًا رامية إلى حل مشكلات البشرية القديمة وتوفير الحلول لمشكلات المستقبل كذلك. لا تتردد بدراسة هذا التخصص لو كنت من محبي الفيزياء ونرجو أن تكون قد استمتعت بقراءة هذا المقال!

قائمة المصادر:

Admreg ، Tutorialspoint ، Truity ، Bls ، Hotcoursesabroad