丘冠英

生物物理學是當前物理研究的主流之一。本書是多位作者根據長年的教學經驗及研究成果編寫而成，理論兼具實用。內容不僅涵蓋一般教科書所論及的範圍，諸如分子生物物理、生物膜及其物理特性、光生物物理、自由基生物學、生物電學與磁學、感官與神經生物物理等，也涉及教科書較少提及的專業領域，例如生物分子電子學及生物換能器。為了方便讀者進階閱讀，各章末還都附上參考文獻。可說是研習生物物理課程之最佳參考書！

生物物理學是一門仍然年輕、正在蓬勃發展的跨領域學科，是物理科學與生命科學相結合的產物。它應用物理學的理論和方法研究生命物質的物理性質、生命過程的物理規律，以及物理因素與生物體系的相互作用。

四十多年來，生物物理學以其學科交叉的優勢，取得了一系列突出成果和進展，受到世界各國的重視。特別是1980年代以來發展更快，它的基本內容漸趨定型，發展方向更加明確。

為了適應國際生物物理學的迅速發展和中國大陸生物物理研究與人才培養方面的需要，武漢大學生命科學學院生物物理教研室從1980年代中期起，一方面為生物物理及相關學科研究生開設「生物物理學」或「分子生物物理學」學位課程，另一方面為高年級大學部（生物類非生物物理專業）開設普通生物物理學課程（選修）。十幾年來學校長官對我們十分支持，同時，研究生、大學生們對本課程的厚愛又激勵著我們，使本課程得以延續至今並不斷改進。本書是編者在多年教學的基礎上，參閱近年來國內外有關教材及文獻資料，修改、編寫而成，其中亦包含編寫人員的部分研究成果。

鑒於生物物理學的內容和研究範圍非常廣泛，實難包羅在這樣一本小型教材中，也不必要在有限的學程裡向學生作全面介紹。因此在研究本書框架時，最令人困惑的問題是內容（章節）的取捨。現在編入的內容是基於：既要考慮本學科的基本內容和體系，又要結合當前教學的實況；既要面向研究生，又要兼顧高年級大學生，還要適當兼顧不同專業背景的學生（如應用物理專業、分析測試專業、生物醫學工程專業）的需要。

在綜合考慮這些因素後，我們選編了九章內容，其中緒論和第一～七章屬於基本內容（其中又以分子生物物理（第一章）為重點，所佔篇幅也最大），後兩章則是為相關專業的教學需要而編入的。因此本書不是一部全面的生物物理學教科書。限於篇幅，有些內容未涉及（如生物控制論、資訊論），對於細胞生物物理也未作系統介紹，而代之以「生物膜結構及其物理性質」，這三部分的內容，讀者可參閱復旦大學1994年出版的《簡明生物物理學》（劉文龍主編）及其他相關論著。

本書的緒論和第四章（輻射生物物理）由丘冠英編寫，第一章（分子生物物理）和第七章（感官與神經生物物理）由彭銀祥編寫，第二章（生物膜及其物理特性）由徐學紅和蔣新農編寫，第三章（光生物物理）由程極濟編寫，第五章（自由基生物學）由鄒國林、第六章（生物電學與生物磁學）由曾繁清和張瀘生、第八章（生物分子電子學）由林家瑞、朱帆三及林嵐、第九章（生物換能器）由黃興鼎編寫。

由於生物物理的學科交叉性質及其近年的發展非常迅速，而編者礙於知識、寫作能力及時間都有限，書中的缺點、不足甚至錯誤在所難免。此外，儘管我們在編著過程中力求各章節之間在內容的深淺、文字的表達等方面盡量協調一致，但受時間和其他因素的限制，做得還不夠理想。所有這些，我們都誠摯歡迎先進、讀者的批評、指正，以便再版時加以修正、提高。

值此書稿付印之際，我們懷著由衷感激之情，特別感謝武漢大學出版社和武漢大學研究生院以及武漢市科學技術協會對本書出版的大力支持與關心，沒有他們的支持，本書就不可能順利出版。此外，本書的出版也得到中國大陸生物物理學界老一輩科學家林克椿先生（北京醫科大學教授）和程極濟先生（復旦大學教授）的關心、支持與鼓勵。林克椿先生審閱了「緒論」並提出寶貴修改意見，程極濟先生為本書編寫「光生物物理學」一章，謹在此致以崇高的敬意和謝忱。

丘冠英　彭銀祥
於武漢大學

緒論
第一章　分子生物物理學
第一節 分子生物物理學的物理基礎
第二節 生物大分子的結構與功能
第三節 測定生物大分子結構的物理方法
第四節 分子動力學
第五節 蛋白質的折疊與蛋白質工程
第六節 核酸與蛋白質的相互作用

第二章　生物膜及其物理特性
第一節 生物膜的組成
第二節 生物膜的分子模型
第三節 生物膜分子的運動特性
第四節 脂質分子的液晶性質及膜脂多型結構

第三章　光生物物理學基礎
第一節 引言
第二節 激發與激發態
第三節 螢光
第四節 非輻射共振能量轉移
第五節 螢光在研究分子動力學中的應用
第六節 紫外光對生物大分子的作用
第七節 光動力作用
第八節 光合作用
第九節 菌紫質的光能轉換
第十節 生物發光與化學發光

第四章　輻射生物物理學
第一節 基本概念
第二節 輻射能量轉移（吸收）的原發過程
第三節 輻射生物學作用的起始過程
第四節 水的輻射化學
第五節 靶學說
第六節 生物大分子和細胞存活曲線模型
第七節 重離子生物學作用特點及潛在應用
第八節 結語

第五章　自由基生物學
第一節 自由基
第二節 活性氧
第三節 自由基的生理功能
第四節 自由基與癌症
第五節 自由基與衰老
第六節 自由基與其它疾病
第七節 自由基與植物逆境生理
第八節 一氧化氮自由基

第六章　生物電學和生物磁學
第一節 生物電特性
第二節 電力電化學作用
第三節 電刺激與組織興奮性
第四節 靜電生物效應
第五節 生物磁現象
第六節 磁場對生物水和細胞的作用
第七節 磁場的生物效應
第八節 磁場對癌組織和癌細胞的抑制效應

第七章　感官和神經生物物理學
第一節 神經生物物理學及其主要內容
第二節 神經系統與神經細胞、突觸和神經傳遞物質
第三節 受體與離子通道
第四節 視覺生物物理

第八章　生物分子電子學
第一節 導言
第二節 生物分子元件的潛在材料－蛋白質
第三節 生物分子元件的工作方式
第四節 蛋白質電腦
第五節 結語

第九章　生物換能器
第一節 概述
第二節 生物換能器的原理和特點
第三節 生物換能器的感測元件
第四節 感測元件的固定化技術
第五節 生物換能器的訊號轉換器
第六節 酶換能器
第七節 微生物換能器
第八節 免疫換能器
第九節 細胞器換能器與組織電極
第十節 生物換能器訊息處理與應用