生物物理课件-第零章-绪论教案

河北工业大学生物物理学1生物物理学河北工业大学生物物理所河北工业大学生物物理学20.1什麽是生物物理学0.220世纪物理学进展及其重大新技术0.3生物物理学进展0.4生物物理研究所简介0.5生物物理学学习安排第0章生物物理学绪论河北工业大学生物物理学30.1什麽是生物物理学生物物理学是研究生命物质的物理性质,生命过程的物理和物理化学规律及其物理因素对生物系统作用机制的科学生物物理学是应用物理学的概念,理论,和方法研究生命现象中的物理过程和物理规律的科学引自<<生物物理学>>高教出版社主编；赵世明生物物理学就是生命的物理学

河北工业大学生物物理学40.220世纪物理学进展及其重大新技术0.2.2从“量子力学”建立到电子和信息技术0.2.1从“质能公式的提出”到核技术0.2.3

从“光量子假设”到激光技术河北工业大学生物物理学50.2.1从“质能公式的提出”到核技术相对论----科学的新纪元1905年爱因斯坦发表了“狭义相对论”，今天我们依然有理由相信，理解这个世界的方式就是从这一刻发生的。1904年爱因斯坦和妻子及长子在瑞士家中河北工业大学生物物理学6爱因斯坦的狭义相对论第一篇论文《论运动体的电动力学》的第一页0.2.1从“质能公式的提出”到核技术河北工业大学生物物理学70.2.1从“质能公式的提出”到“核技术’’1909年新西兰物理学家卢瑟福提出原子有核模型,1918年获诺贝尔物理学奖。卢瑟福第一个直观地描述了紧凑的原子结构：带负电荷的电子沿轨道绕带正电荷的原子核运行河北工业大学生物物理学81913年丹麦物理学家玻尔提出了一种量子化原子结构理论0.2.1从“质能公式的提出”到“核技术’’河北工业大学生物物理学9物理学家查德威克提出原子核质子-中子模型，并在实验中找到了中子。约里奥-居里夫妇提出“核力”约里奥-居里夫妇、费米等人证实了铀核裂变时能产生2-3个中子，同时释放出大量能量0.2.1从“质能公式的提出”到“核技术’’河北工业大学生物物理学10第一座核反应堆------人类登陆原子新世界1942年12月在意大利科学家费米领导下建造了第一座核反应堆并成功运行，这标志着原子能时代的开始美籍意大利裔物理学家费米0.2.1从“质能公式的提出”到“核技术’’河北工业大学生物物理学11原子弹爆炸——1945年在美国新墨西哥洲命名为“小玩意”的世界第一颗原子弹爆炸了，半径为1600米范围内所有的动物全部死亡，震惊了世界。轰炸日本长崎的原子弹——“胖子”第一次原子弹爆炸形成的深坑0.2.1从“质能公式的提出”到“核技术’’河北工业大学生物物理学12

氢弹爆炸——推动人类和平利用核能1952年11月，在美国成功试爆世界底一枚氢弹，相当于投向日本那颗原子弹杀伤力的800倍氢弹爆炸形成的蘑菇云热核弹爆炸试验产生的蘑菇云在马绍尔群岛上空生起0.2.1从“质能公式的提出”到“核技术’’河北工业大学生物物理学13核电站——恶魔变天使1954年苏联建成世界上第一座核电站，而今世界上已有430多座核电站。世界上最早的商用核电站，位于苏联奥布宁斯克的物理和电气工程院，1954年6月开始发电，功率5000千瓦我国秦山核电站实现首次核装料成功河北工业大学生物物理学14

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术

量子力学---揭开微观世界的奥秘

量子力学是20世纪物理学的一场革命，那麽第一个提出量子理论的德国物理学家普朗克则当之无愧地成为这场革命的英雄。河北工业大学生物物理学151904年，世界上第一只电子管在英国物理学家弗莱明手下诞生了，标志着世界从此进入了电子时代弗莱明发明的第一个电子管

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学16真空三极管“放大”了电子世界1906年美国物理学博士福雷斯特研制出真空三极管三极管的发明者福雷斯特，他的发明把人类带入电子时代福雷斯特发明的真空三极管

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学171924年法国人德布乐意提出物质波“波粒二相性”1926年奥地利的薛定谔提出相对论波动方程

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学181925年德国海森堡创立了著名的《矩阵力学理论》薛定谔将波动力学与矩阵力学证明等价的建立起统一量子力学

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学191928年普朗克应用量子力学研究金属导电问题，提出固体能带理论，第一次科学地将物质分为绝缘体、导体、半导体M.V.普朗克:研究辐射的量子理论，发现基本量子，提出能量量子化的假设。被人们称为量子之父。1918获诺贝尔物理学奖

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学20

微波通信-----科技进步的“催化剂”1931年在英法之间建立起世界上第一条微波通信电路，使无线通讯技术进入了一个新时代微波通信：可用频带宽，传输损伤小，抗干扰能力强，通信容量大微波技术的应用之二雷达天线

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学21图林奖----电脑领域最高荣誉。图林：美国物理学家。1936年发表了奠定整个现代计算机基础的论文《论可计算数及其判定问题中的应用》。为纪念图林在计算机领域奠基性贡献，美国计算机学会设立“图杯奖”，这是电脑领域的最高荣誉。

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学22第一台电子计算机——埃尼阿克（ENIAC）1946年2月，莫克利：美国宾夕法尼亚大学物理学教授建造出世界第一台多用途电子数字电脑，简称ENIAC当时出现在人们面前的神奇“电子脑袋”实际上不是一台机器,而是一屋子机器

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学23图林机：图林的杰出贡献。1950年图林研制成功ACE电脑比ENIAC更先进英国在第二次世界大战期间,依靠图林机原理研制的的“巨人”计算机,曾为战争作出过贡献

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学24晶体管-----人类微电子革命的产物1947年，37岁美国物理学家肖克莱在著名的贝尔实验室向世人展示第一支晶体管。贝尔实验室制造的第一个晶体管（其表面积大约为2平方厘米，大约相当于2亿个现今最小的晶体管总面积）

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学25电子技术的重大突破-----集成电路1958年研制成功第一块集成电路1969年研制成功中规模集成电路1973年研制成功大规模集成电路1980年研制成功超大规模集成电路以集成电路为核心的微电子技术已经渗透到现代通信、信息技术、计算机、医疗、能源、交通等各个领域，尤其是对现代电子和信息技术的发展起了巨大作用

0.2.2从“量子力”学建立到电子和信息技术河北工业大学生物物理学260.2.3从“光量子假设”到激光技术1905年爱因斯坦提出光量子假设成功地解释了光电效应1916年爱因斯坦提出受激发射概念，为激光器的发明奠定了理论基础河北工业大学生物物理学271939年法布里坎特指出产生激光的最重要条件，“实现粒子数反转”1958年美国科学家简洛和汤斯最早发现了激光最早发现激光的汤斯0.2.3从“光量子假设”到激光技术河北工业大学生物物理学28激光-----人类的希望之光1960年5月美国休斯实验室的梅曼宣布获得波长为0.6943微米的激光。同年7月，第一台激光器诞生了0.2.3从“光量子假设”到激光技术河北工业大学生物物理学291961年中国第一台激光器诞生了1975年我国第一台激光测距仪研制成功1980年我国首创激光气化肿瘤装置1984年世界上第一张卡拉ok激光视盘在我国制成红宝石激光器上的晶体管和闪光管0.2.3从“光量子假设”到激光技术河北工业大学生物物理学30

激光应用：大气污染分析，激光通信，激光熔炼，激光钻孔，激光全息术，激光通信，光盘，激光武器。魟鱼（Stingray）系统0.2.3从“光量子假设”到激光技术河北工业大学生物物理学31美国洛克希德.桑德斯公司开发的AN/PLQ--5激光对抗装置。也是一种致盲兼软杀伤武器

激光技术是现代物理学和现代科学技术相结合孕育出的一门科学技术，它不仅充分显示出物理科学对技术发明的预见性，而且它本身又可作为现代科学技术家族中的一个优等生0.2.3从“光量子假设”到激光技术河北工业大学生物物理学32

第一，相对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论从根本上改变了人类对时空和宇宙万物的看法，使人们从绝对的宇宙观变为辩证的唯物的宇宙观。0.220世纪物理学进展及其重大新技术20世纪物理学做出了三方面的重要贡献：河北工业大学生物物理学33第二，20世纪物理学是带头的学科，它帶动了化学、天文、材料、能源、信息等学科的发展，它为生物、医疗、地学、农业提供了強大的探测手段和研究方法。物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现奠定了信息革命的科学基础。它推动了高技术产业的发展，引发了以微电子、光电子和微光机电技术为核心的第三次技术革命，许多重大新技术发现源头和过程中，物理科学研究成果起了极大作用。由物理学研究衍生的新技术和新产品层出不穷，从根本上改变了人们的生产方式和生活方式。0.220世纪物理学进展及其重大新技术河北工业大学生物物理学34第三，通过计算机的帮助，应用古典物理理论讨论流体运动和气象预报时，发现了自组织、混沌和分形等現象。随后发现，这是普遍存在于非线性相互作用的开放系統中的現象，生命系統和社会系統也不例外。0.220世纪物理学进展及其重大新技术河北工业大学生物物理学350.3生物物理学进展0.3.1生物物理学基础0.3.2生物物理学技术发展0.3.3分子生物学0.3.4辐射生物学0.3.5理论生物物理河北工业大学生物物理学360.3.1生物物理学基础

意大利波伦亚大学的解剖学教授伽伐尼（Galvani）用他发明的原始的化学电池给青蛙腿通电，观察肌肉收缩。他同时成为电学和电生理学两门学科的开创者（在英文单词中物理学者(physicist)和医师(physician)来自同一字根）。

物理学和生物学的互相促进，由来已久。迈尔（Mayor）德国医生，物理学家，是第一个把能量转化概念应用于生物学的人，能量守恒定律发现者之一，是生物物理学的先驱。河北工业大学生物物理学37

1943年量子力学创始人之一薛定谔在爱尔兰都伯林发表的题为“什么是生命”的著名演说,在这篇演说中他提出了重要设想和猜测：生物由外界摄入“负熵”，处于非平衡态的系统；生物遗传性状以密码形式通过染色体传递；生物体内存在量子跃迁现象。此书被翻译成包括汉语在内的各种语言多次再版，并被许多人视为现代生物物理学的开篇。0.3.1生物物理学基础河北工业大学生物物理学38

50年之后，在同一地点举行了纪念薛定谔演说的专门会议,多位诺贝尔奖获得者和著名学者的演说，以《什么是生命？下一个50年》为题，结集出版,这两本小册子，都值得一读。0.3.1生物物理学基础河北工业大学生物物理学39

16世纪末发明的第一台光学显微镜，首先使人们看见了软木塞中的小泡，即众多死去了的细胞壁。1683年荷兰人列文虎克(Leeuwenhoek)用自制的显微镜第一次看见了活的细菌,不过90年以后才确认细菌是一类生物。0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学40

电子显微镜——人类第三只眼睛

1931年德国科学家恩斯特·鲁斯卡与组长马克斯·克诺尔博士制成世人公认的第一台电子显微镜。恩斯特·鲁斯卡、马克斯·克诺尔与他们制造的电子显微镜电子显微镜下的人体红血球0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学41

我们不可能在这里解释不断翻新的显微观察手段，只列举一些名称：偏光显微镜、电子显微镜、扫描电镜、隧道显微镜、原子力显微镜等等，它们都对深入认识生物细胞和亚细胞结构发挥着作用。光学显微镜扫描隧道显微镜原子力显微镜0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学42

当今生物化学实验室中的日常工具，如超速离心机、液相色谱分析、凝胶电泳。各种光谱分析和荧光标记，以及示踪原子、同位素标记与生物化学的结合，带来了对生物内部过程的丰富知识。0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学43

核磁共振——打开黑箱的钥匙

1949年泊塞尔小组成功研制成的第一台核磁共振仪。核磁共振(NMR)谱仪

核磁共振(NMR)谱仪对于确定蛋白质、特别是溶液中的较小的蛋白质的结构以及一些动态过程，发挥着越来越大的作用。0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学44

最近十来年在物理实验室中发展起来的单分子操纵技术，例如流场分子梳、激光“镊子”、微管技术和原子力显微镜等，使得人们可以操纵单个生物大分子，直接观察它们的运动和相互作用,虽然这些手段目前基本上还是物理实验室里的新玩意儿，但不久以后就会成为生物学家的有力工具。0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学45

X射线——让我们永远记住伦琴

1901年首届诺贝尔物理学奖得主为德国物理学家伦琴。伦琴因发现了X射线而揭开近代物理学革命序幕成为20世纪最伟大的物理学家之一。0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学46

X射线衍射现象的发现已经有90多年的历史，近代产生的X射线晶体衍射分析技术，对确定基本的遗传载体即脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构起了关键作用。

0.3.2生物物理学技术发展河北工业大学生物物理学47

DNA发现——人类发现生命的秘密DNA双螺旋结构示意图0.3.3分子生物学20世纪自然科学伟大的三个发现：相对论、量子力学和DNA双螺旋结构河北工业大学生物物理学48

DNA发现——我们应记住四位伟大科学家克里克物理学家沃森动物学家维尔金斯物理学家弗兰克林化学家剑桥大学卡文迪实验室伦敦皇家学院0.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学49

DNA发现——历史积淀，“水到渠成”

1859年达尔文生物进化论

1865年德国孟德尔豌豆子代性状显现规律

1869年瑞士生物化学家米歇尔分离出DNA分子

1882年德国解剖学家弗莱明发现染色体

1895年德国物理学家伦琴发现X射线

Bragg衍射公式：

2d·sinθ=kλk=0，1，2，…0.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学501910年美国科学家摩尔根发现遗传信息位于染色体上1920年英国科学家格里菲斯发现转移因子1944年科学家初步确认转移因子在DNA中间1952年科学家用放射化学的原子跟踪方法遗传物质就是DNA0.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学51

DNA发现——给我们四点启示

1.学科交叉是创新思想的源泉；

2.科学发现是不断积累、深化的过程，有选择地继承和发展才能作出重大创新；

3.选择有战略意义的重大课题，坚持不懈；

4.既要敢于竞争，更要善于合作。引自周光召《鼓励学科交叉促进原始创新——纪念DNA双螺旋结构发现50周年》，《人民日报》2003.70.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学52

奥地利出生的英国生物化学家佩鲁兹和肯德鲁分别解出肌红蛋白和血红蛋白两种晶体结构，是生物学发展的重要里程碑，这项先后完成于1957和1959年的卓越工作，使师生二人分享了1962年的诺贝尔化学奖。0.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学53

DNA双螺旋结构发表的第二年，物理学家伽莫夫(Gamov)就猜测遗传密码应当是基于4个字母的三联码，即蛋白质中的每种氨基酸应当由DNA序列中的3个核苷酸编码,伽莫夫所建议的一套密码表虽然不对，但颇富启发作用,三联码的设想是正确的，适用于绝大多数生物的通用遗传密码表在1960年代初被完全破译。0.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学54

人类基因组工程——掀开生命天书

2000年底，科学家已破译出首对人体染色体的完整遗传密码。吉尔伯特——DNA碱基序列分析创始人291293DNA双螺旋结构由四个碱基配对形成0.3.3分子生物学河北工业大学生物物理学550.3.4辐射生物学0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究

0.3.4.2离子束生物工程

0.3.4.3重离子束放射治疗技术河北工业大学生物物理学56

赵葵中国原子能科学研究院核物理所0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学57辐射的所有生物作用来自在单个细胞水平上发生的事件。对辐射损伤最灵敏的是细胞核及其DNA。DNA(脱氧核糖核酸)是携带生命遗传物质的分子,是生命信息的载体，是在电离辐射引起的生物学效应中的最重要靶分子。

0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学58单链断裂(singlestrandbroken,ssb)

双链断裂(doublestrandbroken,dsb)DNA的双链断裂(dsb)是辐射引起的各种生物效应中最重要的原初损伤。0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学59原子力显微镜(AFM)又是SFM中最有代表性的、技术比较成熟的一种。AFM能够在原子尺度上研究绝缘体表面。在导电性较差的生物材料表面结构和有关性质的研究中,发挥着越来越重要的作用。具有可达几纳米的高分辨本领，还能测量力对探针－样品间距离的关系曲线（力曲线）。0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学60

具有高传能线密度(LET)的电离辐射，它所引起的能量沉积密集，局部剂量也大。与低LET的辐射(如X、射线和电子束等)有不同的物理性质，通过物质时有完全不同结构的电离径迹。高LET辐射能更有效地引致DNA的双链断裂（dsb）。

LET:指直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量。0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学61研究重离子的辐照损伤在学术

和应用方面的意义•在航天飞行对人的危险性评估

•重离子束治癌－基础性和先导性研究

核辐射事故和低剂量辐射环境(包括贫铀弹污染)0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学62pUC19质粒DNA，长度为2686碱基对，图为经19MeV的Li离子辐照500Gy辐照前后的图片。0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学63pUC19质粒DNA，长度为2686碱基对，图为经19MeV的Li离子辐照1000Gy辐照前后的图片。0.3.4.1重离子致DNA链断裂研究河北工业大学生物物理学640.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学650.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学66离子束诱变育种离子束诱变装置特点：损伤轻、突变率高、突变谱广,

频繁出现当代可遗传突变0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学67红花-新疆大学0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学68当年挂果的银杏0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学69对照M2代株高逐次降低

5-30cm当代可遗传变异？(第二代基本不分离）郑州大学0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学70兰考906M2代对照变异株(第二代基本不分离？）郑州大学0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学71当代突变的番茄0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学72对生玉米0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学73特殊突变现象-郑州大学烟草叶上叶0.3.4.2离子束生物工程河北工业大学生物物理学74重离子束适形放射治疗技术及RBE计算重离子束Bragg峰HIRFLHIRFL+CSR中国科学院近代物理研究所0.3.4.2重离子束放射治疗技术河北工业大学生物物理学75PET在线监控技术正电子发射断层机(PET)0.3.4.2重离子束放射治疗技术河北工业大学生物物理学76立体定位头架患者定位系统0.3.4.2重离子束放射治疗技术河北工业大学生物物理学77三个月后德国GSI治疗第一例患者的NMR图像(1997年12月)0.3.4.2重离子束放射治疗技术河北工业大学生物物理学78肿瘤部位199419951996199719981999总计头颈91019312238129中枢神经系统681069746颅底---64212肺61127172833122食管--1164-21肝-121319251786前列腺-91810303097子宫-91311101154骨/软组织--913191859其它-2416301732119总计2183126159168188745日本HIMAC装置临床试验中的患者治疗数(截止2000年2月)0.3.4.2重离子束放射治疗技术河北工业大学生物物理学790.3.5.1细胞0.3.5.2分子马达0.3.5.3分子马达的种类0.3.5.4研究分子马达的意义

近30年来在物理学和非线性科学中发展起来的标度、分维和分形的概念，临界现象、自组织现象和自组织临界现象的理论，随机背景下的相变和确定性演化过程等等，都在生物学研究中发挥着越来越大的作用。

0.3.5理论生物物理细胞中的分子马达河北工业大学生物物理学80细胞的的结构0.3.5.1细胞河北工业大学生物物理学81马达：将其他形式的能量转变为机械能的能量转换装置。分子马达：将化学能转化为机械能的蛋白质大分子。0.3.5.2分子马达河北工业大学生物物理学82

驱动蛋白（kinesin）线性马达动力蛋白（dynein）肌球蛋白（myosin）旋转马达F-ATP合酶0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学83驱动蛋白（Kinesin）Kinesin结构微管Kinesin的定向运动Kinesin的作用将细胞器和各种细胞内物质沿着微管从合成部位快速有效的运送到功能部位，完成各种细胞内外传质功能，如运送细胞器和物质小泡。参与细胞的有丝分裂，在有丝分裂的过程中，驱动蛋白使中心粒分开，导致纺锤体极性的形成。0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学84动力蛋白（Dynein）Dynein结构Dynein的定向运动Dynein的作用0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学85肌球蛋白（Myosin）Myosin的种类结构微丝Myosin的定向运动Myosin的作用0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学86旋转马达ATP合酶ATP合酶结构F0的运动F1的运动ATP合酶作用0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学87旋转马达ATP合酶旋转分子马达的分子结构Themolecularstructureoftherotarymotor

这种旋转分子马达是合成能源物质ATP的关键物质。右图所示为ATP合成酶的分子结构。这种蛋白质包括两部分：可溶部分F1及一个与膜结合部分F0。不同来源的ATP合成酶基本上有相同的亚基组成和结构，它们都是由多亚基组成。

F1马达既能水解ATP又能合成ATP。F0马达既可作为离子涡轮机又可作为离子泵。当马达比较强时，它利用横跨膜的粒子电化学势在相反的方向上产生旋转的扭力矩（离子进入膜内），此时合成ATP。当马达比较强时，它利用ATP水解产生扭力矩，同时使在电化学梯度下作为离子泵释放离子。旋转分子马达以两种不同的方式把化学能转化为机械能。，所以，它表现出两个主要的能量转导途径。

它可能是自然界发现的最小的分子马达，其运转效率几乎接近100%。0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学88总之，生命体内的一切活动，从肌肉收缩、细胞内部的运输、遗传物质(DNA)的复制、一直到细胞的分裂等等,追踪到分子水平，都是源于具有马达功能的分子马达（molecularmotor）或蛋白马达（motorprotein）作功推动的结果。且它的效率极高，有的几乎是100%。0.3.5.3分子马达的种类河北工业大学生物物理学89生物学：分子马达在生命活动中起着十分重要的作用，细胞内物体的主动运动都是基于分子马达的运动。我们对分子马达的认识越深刻，就能进一步搞清生命活动的规律和本质。物理学：在准平衡状态下，单个分子马达可产生定向运动，用以往平衡态统计物理无法解释，只可考虑非平衡统计物理方法，而此方法解释粒子定向输运理论仍不完善，仍存在研究空间。医学：研制出十分诱人的以ATP为能源的各种微型机器：诸如某种混合型机器人将修复人体细胞，对抗感染、输送药物、乃至用正常基因更换病变基因。最近有关文章报道某个研究小组在研制能够在人体细胞内进行自动装配的医疗设备，有朝一日，现代科学技术会把人们从繁重不堪的日常工作中解脱出来。材料学：利用生物大分子制造分子器件，模仿和制造类似生物大分子的分子机器。纳米科技的最终目的是制造分子机器，纳米生物学应该是纳米科技中的一个核心领域。西方科学家设想用纳米技术，以氨基酸为原料制造分子机器人，利用其它在血液中循环，对身体各部进行检测，诊断同时实施特殊治疗，例如：对病变细胞的分离，疏通血管血栓，清除脉管脂肪沉积物，吞噬病毒，猎杀癌细胞。0.3.5.4研究分子马达的意义河北工业大学生物物理学

900.4生物物理研究所简介河北工业大学生物物理学91河北工业大学生物物理学

920.4.1研究方向河北工业大学生物物理学93生物大分子动力学主要研究分子马达定向输运、DNA断裂与修复机制、信号转导、细胞运动、异化及其层次调节等生物分子运动机制问题。本研究方向利用生物大分子运动的大量丰富新颖的实验结果，在理论上对其运动机制进行深入研究，内容涉及生物学、物理学、化学等学科。河北工业大学生物物理学94生物分子特性的量子化学分析与计算

本方向以结构化学、物理化学、量子化学的方法和手段，研究生物大分子的结构、功能和生物学特性，从物理学本质来分析阐述生物分子的本质。河北工业大学生物物理学95生物信息学生物信息学以生物学、物理学、数学、化学以及计算机科学等为基础，以生物大分子数据为研究对象，通过对DNA的遗传特性和蛋白质的结构与功能特征的研究，探索生命奥秘，揭示生命现象的内在规律。河北工业大学生物物理学

960.4.2学术带头人河北工业大学生物物理学97卓益忠中国原子能科学研究院研究员博士生导师外聘专家中国原子能科学研究院生物物理、理论物理领域老一辈资深专家，国家第二批博士生导师，曾荣获1985年国家科学进步二等奖，1999年第六届吴有训物理学奖以及科学大会奖，国防科委重要科技成果奖、国家教委和部级科技进步一等奖、二等奖、三等奖等10多项.

河北工业大学生物物理学98赵葵中国原子能研究院研究员博士生导师外聘专家毕业于吉林大学物理系。现工作于中国研原子能科学研究院核物理研究所。中国原子能科学研究院生物物理、理论物理领域老一辈专家，1995年荣获部级科技进步一等奖一项。研究方向：核反应、团簇物理以及高能粒子辐照生物学研究。河北工业大学生物物理学99

长期从事物理专业教学与科研工作，所主持的教学改革项目获得河北省教学成果一等奖，获得国家教学成果二等奖。获得专利1项；在国内外重要刊物发表论文50多篇，其中被SCI收录18篇，出版专著、教材三部。目前，主持国家自然科学基金1项，河北省自然科学基金2项及其他省部级项目4项。所主持的河北省自然科学基金项目于2004年获河北省自然科学三等奖。指导博士研究生５名、硕士研究生9名。展永教授、理学博士、博士生导师。现任河北工业大学副校长、生物物理研究所所长、中国高等工程教育学会理事、河北省高等工程教育学会理事长。河北工业大学生物物理学100纪青教授硕士生导师生物物理研究所副所长毕业于吉林大学物理系并获博士学位。主持国家自然科学基金1项，省部级项目2项。为本科生、研究生主讲多门主干课程，2004年获“河北省中青年骨干教师”称号。现指导研究生7人。河北工业大学生物物理学101赵同军教授硕士生导师