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内容大纲
《生物物理学》内容涵盖从基础理论到前沿应用领域。全书共十二章，首先阐述了生物物理学的定义、发展历程及研究分支，并深入讲解了生物热力学基础。随后，详细介绍了多种生物物理技术，如超速离心、电泳、光谱学、质谱、X射线晶体学、核磁共振、电镜技术、原子力显微镜、光镊及膜片钳等。在分子层面，深入探讨了蛋白质与核酸的结构功能及其相互作用，并结合计算机模拟与机器学习方法，展示了计算生物学在蛋白质折叠、结构预测与分子设计中的革命性作用。此外，本书还专门论述了电磁场、电离辐射等物理因素与生物体的相互作用及生物效应，并涉及生物流体力学、膜与细胞生物物理等经典内容。
本书供生物科学、生物医学科学、智能医学工程、智能影像工程、物理学及其他相关专业本科生与研究生使用，既夯实基础理论，又引领前沿探索，是一部兼具科学性、系统性与实用性的专业教材。 -
作者介绍
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目录
第1章 绪论
1.1 生物物理学的定义
1.2 生物物理学的发展历程
1.3 生物物理学对现代生命科学发展的作用
1.4 生物物理学的研究内容及其分支领域
1.4.1 分子生物物理
1.4.2 膜与细胞生物物理
1.4.3 感官与神经生物物理
1.4.4 生物控制论与生物信息论
1.4.5 理论生物物理
1.4.6 光生物物理
1.4.7 辐射生物物理
1.4.8 生物力学与生物流变学
1.4.9 生物物理技术
1.5 生物物理学的范围和主题
1.6 生物物理学在生物医学中的意义
1.7 我国生物物理学的发展与现状
思考题
第2章 生物热力学基础
2.1 热力学第一定律
2.1.1 热力学过程
2.1.2 功、热、内能
2.1.3 热力学第一定律
2.2 热力学第二定律
2.3 热力学概率
2.3.1 宏观态与微观态
2.3.2 等概率假设
2.3.3 热力学概率的定义
2.4 熵
2.4.1 玻尔兹曼关系
2.4.2 克劳修斯熵
2.5 熵增加原理及热力学第二定律的统计意义
2.5.1 熵增加原理
2.5.2 热力学第二定律的统计意义
2.5.3 熵增与能的退化
2.5.4 熵增和热寂
思考题
第3章 生物物理技术及其应用
3.1 超速离心法
3.1.1 离心机的原理
3.1.2 离心机的分类
3.1.3 离心法在生物学上的应用
3.2 电泳
3.2.1 电泳原理
3.2.2 影响电泳效果的主要因素
3.2.3 电泳的分类
3.2.4 电泳在生物医学中的应用
3.3 光谱学
3.3.1 吸收光谱
3.3.2 荧光光谱法
3.4 质谱
3.5 X射线晶体学
3.6 核磁共振波谱
3.7 电镜技术
3.7.1 透射电镜
3.7.2 扫描电镜
3.8 原子力显微技术
3.9 光镊
3.10 电压钳
3.11 膜片钳
思考题
第4章 分子生物物理学与计算机模拟
4.1 蛋白质生物物理学
4.1.1 氨基酸的结构
4.1.2 多肽链
4.1.3 肽键的构象
4.1.4 蛋白质二级结构
4.1.5 蛋白质超二级结构
4.1.6 蛋白质高级结构
4.1.7 蛋白质变性和复性
4.1.8 蛋白质工程
4.2 核酸生物物理学
4.2.1 核酸的结构
4.2.2 核苷酸的结构
4.2.3 DNA二级结构
4.2.4 DNA三级结构
4.2.5 RNA的分子结构
4.3 核酸和蛋白质的相互作用
4.4 生物分子计算机模拟
4.4.1 生物大分子的模拟概论
4.4.2 力场
4.4.3 分子动力学的基本原理
4.4.4 GROMACS教程详解
思考题
第5章 电磁生物物理学
5.1 生物电磁学物理基础
5.1.1 电磁场的基本特性
5.1.2 物质对电磁场的响应特性
5.2 环境与生物体电磁场
5.2.1 静磁场
5.2.2 静电场
5.2.3 人类环境的电磁场
5.3 生物电磁剂量
5.4 电磁场的生物效应
5.4.1 低频电磁场的生物效应
5.4.2 射频电磁场的生物效应
5.5 射频电磁场生物效应的机理
5.5.1 热效应
5.5.2 非热效应
5.6 电磁生物物理在生物医学中的应用
5.6.1 癌症高温治疗
5.6.2 核磁共振成像
5.6.3 人体重要生理指标探测
5.6.4 脉冲电磁场在生物医学中的应用
思考题
第6章 辐射生物物理
6.1 辐射的物理基础
6.1.1 辐射的基本概念
6.1.2 辐射源
6.1.3 辐射量的概念和单位
6.2 射线与物质的相互作用
6.2.1 粒子与物质的相互作用
6.2.2 射线与物质的相互作用
6.3 电离辐射生物学作用机制
6.3.1 靶学说
6.3.2 直接作用和间接作用
6.3.3 辐射作用的原初过程
6.3.4 辐射作用的时间进程
6.4 电离辐射的生物学效应
6.4.1 躯体效应和遗传效应
6.4.2 随机性效应和确定性效应
6.4.3 影响辐射生物学作用的因素
6.5 电离辐射的损伤与防护
6.5.1 辐射损伤方式
6.5.2 辐射防护
6.6 重离子辐射对生物体的作用
6.6.1 重离子束的物理学与生物学特性
6.6.2 重离子辐射对生物体的作用基础
6.6.3 重离子束在生物医学中的应用
6.7 小剂量电离辐射对生物体的作用
思考题
第7章 统计物理与生物交叉简介
7.1 当代的物理学
7.2 统计力学基础回顾
7.3 计算机的影响
7.4 统计力学在生物分子系统中的应用：挑战与模型
思考题
第8章 蛋白质计算中的机器学习
8.1 蛋白质机器学习导言
8.2 分子动力学模拟中的机器学习
8.2.1 力场生成
8.2.2 自由能计算
8.3 结构预测中的机器学习
8.3.1 二级结构预测
8.3.2 三级结构预测
8.3.3 四级结构预测
8.4 性质预测中的机器学习
8.4.1 蛋白质水溶性预测
8.4.2 蛋白质免疫原性
8.4.3 蛋白质的热稳定性
8.5 分子设计中的机器学习
8.5.1 蛋白质的结构设计
8.5.2 蛋白质的序列设计
8.5.3 结构序列协同设计
8.6 总结与展望
思考题
第9章 蛋白质折叠问题50余年的历程
9.1 蛋白质折叠的物理规则
9.2 蛋白质折叠的机制
9.3 根据氨基酸序列预测蛋白质的结构
9.4 蛋白质折叠：基础科学的遗产
9.5 蛋白质物理学中的未解问题
思考题
第10章 物理学与人工智能的连接
10.1 学术历程
10.2 Hopfield模型：基础与物理解释
10.3 其他代表性工作
10.3.1 学术背景
10.3.2 从Boltzmann机到深度信念网络
10.4 Hinton在深度学习领域的其他实践创新
10.4.1 人工神经网络作为物理系统
10.4.2 跨学科的融合推动未来创新
思考题
第11章 生物流体物理学
11.1 流体
11.1.1 理想流体
11.1.2 稳定流动和非稳定流动
11.1.3 流线和流管
11.1.4 连续性方程
11.2 理想流体的伯努利方程
11.2.1 理想流体伯努利方程的推导
11.2.2 理想流体伯努利方程的应用
11.3 黏性流体
11.3.1 黏性流体的运动状态
11.3.2 牛顿黏滞定律
11.3.3 雷诺数
11.3.4 黏性流体的伯努利方程
11.3.5 泊肃叶定律
11.3.6 斯托克斯定律
11.4 血流动力学的医学应用
11.4.1 红细胞的轴向集中
11.4.2 血流速度与血压分布的关系
11.4.3 血液的黏度
思考题
第12章 膜与细胞生物物理
12.1 膜脂的组成
12.1.1 脂肪酸
12.1.2 胆固醇
12.1.3 磷脂
12.2 脂质分子在水化状态下的聚集形式
12.3 人工膜
12.4 脂双层的结构和物理性质
12.4.1 流动性和微黏度
12.4.2 相变和相分离
12.5 膜脂分子的运动
12.5.1 转动
12.5.2 片段运动
12.5.3 翻转
12.5.4 侧向扩散
12.5.5 交换
12.6 膜脂与膜蛋白的相互作用
12.7 脂质体的应用
12.7.1 吸附
12.7.2 胞饮
12.7.3 融合
12.7.4 交换
12.8 生物膜
12.8.1 生物膜的组成及结构
12.8.2 生物膜成分的不对称分布
12.8.3 生物膜成分的运动
12.8.4 生物膜研究与生物医学的关系
思考题
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