نشاء علم

نشاء علم

زیست‌شناسی کوانتومی: چشم‌اندازی نوین در علوم زیستی و درمان

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان
1 گروه بیوفیزیک، مرکزتحقیقات بیوشیمی بیوفیزیک-دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشکده شیمی، دانشگاه خوارزمی، کرج
چکیده
"زیست شناسی‌کوانتومی" به‌عنوان رشته‌ای نوظهور در جهان علمی شناخته می‌شود. این رشته با استفاده از قوانین مربوط به مکانیک کوانتومی به بررسی پدیده‌های زیستی می‌پردازد. امروزه هم‌راستا با پیشرفت علم، زیست‌شناسی کوانتومی هم به رشد و بالندگی خود ادامه می‌دهد، به‌نحوی‌که کم‌کم جای خود را در میان علوم، خصوصاً علوم بین‌رشته‌ای محکم می‌نماید. این شاخه از علم، زمینه‌ساز شناخت بسیاری از مکانیسم‌های زیستی بوده است به‌گونه‌ای که پژوهشگران را درک چرایی و چگونگی ایجاد پدیده‌های زیستی یاری نموده است. آگاهی از این مکانیسم‌ها و همچنین سایر عواملی که زیست‌شناسی کوانتومی در شناخت آن‌ها مؤثر بوده است باعث ایجاد نگاهی نو در میان دانشمندان خصوصاً پزشکان شده است. امروزه با بینش ایجاد شده از آن، دستگاه‌ها و ابزارهایی در اختیار دانشمندان قرارگرفته است که در تشخیص زودهنگام بیماری‌ها بسیار کمک کننده هستند. علاوه بر این بینشی که زیست‌شناسی کوانتومی در اختیار دانشمندان علوم زیستی قرار می‌دهد می‌تواند آنان را در درک چرایی و چگونگی ایجاد بیماری‌ها‌ یاری نماید به‌نحوی‌که با استفاده از آن می‌توانند یک درمان مؤثر را انتخاب نمایند.
واژگان کلیدی: زیست شناسی کوانتومی، مکانیک کوانتومی، کامپیوتر کوانتومی، کوانتوم دات
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Quantum Biology: A New Perspective in Biology and Medicine

نویسندگان English

Ahmad Amiri 1
Niku Mohebalizadeh 1
Bagher Davaeil 1
Haniyeh Khoshnoud 1
Sedigheh Abedanzadeh 2
1 Department of Biophysics, Institute of Biochemistry and Biophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Faculty of Chemistry, Kharazmi University, Tehran, Iran
چکیده English

"Quantum biology is an emerging field in the scientific world. It is the study of biological phenomena using the laws of quantum mechanics. Today, quantum biology continues to grow and develop as science progresses, and it is slowly taking its place among the sciences, especially the interdisciplinary sciences. This branch of science has been the basis for the knowledge of many biological mechanisms, helping researchers to understand why and how biological phenomena occur. The awareness of these mechanisms and other factors that quantum biology has been effective in understanding has created a new perspective among scientists, especially physicians. Today, the knowledge gained has provided scientists with devices and tools that are very helpful in the early diagnosis of diseases. In addition, the insights that quantum biology provides to biological scientists can help them understand why and how diseases occur, so that they can choose an effective treatment.

کلیدواژه‌ها English

Quantum Biology
Quantum Mechanics
Quantum Computer
Quantum Dot
(نظر به اینکه بعضی از مقالات مربوط به دهه ابتدایی قرن است، ارجاع این مقالات فاقد صفحه می باشد).
[1]. A. Marais, B. Adams, A.K. Ringsmuth, M. Ferretti, J.M. Gruber, R. Hendrikx, M. Schuld, S.L. Smith, I. Sinayskiy, T.P. Krüger, The future of quantum biology, Journal of the Royal Society Interface 15(148) (2018) 20180640.
[2]. S. Shashkova, M.C. Leake, Single-molecule fluorescence microscopy review: shedding new light on old problems, Bioscience Reports 37(4) (2017) BSR20170031.
[3]. M. Born, My life: Recollections of a Nobel laureate, Routledge2014.
[4]. M. Born, P. Jordan, Zur Quantenmechanik, Zeitschrift für Physik 34(1) (1925) 858-888.
[5]. M. Planck, The Theory of heat radiation, Entropie 144(190) (1900) 164.
[6]. A. Einstein, 3. Albert Einstein and the Creation of the Quantum Theory of the photoelectric effect. As is, Electrical Engineering & Electromechanics  
[7]. J. McFadden, J. Al-Khalili, Life on the Edge: the coming of age of quantum biology, Crown2016.
[8]. F. Trixler, Quantum tunnelling to the origin and evolution of life, Current Organic Chemistry 17(16) (2013) 1758-1770.
[9]. J.R. Friedman, V. Patel, W. Chen, S. Tolpygo, J.E. Lukens, Quantum superposition of distinct macroscopic states, Nature 406(6791) (2000) 43-46.
[10]. W. Heisenberg, Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik, Zeitschrift für Physik 43(3) (1927) 172-198.
[11]. W. Pauli, Über den Zusammenhang des Abschlusses der Elektronengruppen im Atom mit der Komplexstruktur der Spektren, Zeitschrift für Physik 31(1) (1925) 765-783.
[12]. G.D. Scholes, G.R. Fleming, L.X. Chen, A. Aspuru-Guzik, A. Buchleitner, D.F. Coker, G.S. Engel, R. Van Grondelle, A. Ishizaki, D.M. Jonas, Using coherence to enhance function in chemical and biophysical systems, Nature 543(7647) (2017) 647-656.
[13]. J.C. Brookes, F. Hartoutsiou, A. Horsfield, A. Stoneham, Could humans recognize odor by phonon assisted tunneling?, Physical Review Letters 98(3) (2007) 038101.
[14]. T. Hayashi, A.A. Stuchebrukhov, Electron tunneling in respiratory complex I, Proceedings of the National Academy of Sciences 107(45) (2010) 19157-19162.
[15]. T. Ritz, S. Adem, K. Schulten, A model for photoreceptor-based magnetoreception in birds, Biophysical Journal 78(2) (2000) 707-718.
[16]. G.S. Engel, T.R. Calhoun, E.L. Read, T.-K. Ahn, T. Mančal, Y.-C. Cheng, R.E. Blankenship, G.R. Fleming, Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems, Nature 446(7137) (2007) 782-786.
[17]. L. Masgrau, A. Roujeinikova, L.O. Johannissen, P. Hothi, J. Basran, K.E. Ranaghan, A.J. Mulholland, M.J. Sutcliffe, N.S. Scrutton, D. Leys, Atomic description of an enzyme reaction dominated by proton tunneling, Science 312(5771) (2006) 237-241.
[۱۸].  ف. نصیری, س.پ. شریعت پناهی, م. رهنمای, ع.ا. موسوی موحدی, زیست شناسی کوانتومی, نشاء علم 09(2) (2019) 63-72.
[19]. C. Mancuso, G. Scapagini, D. Currò, A.M. Giuffrida Stella, C. De Marco, D.A. Butterfield, V. Calabrese, Mitochondrial dysfunction, free radical generation and cellular stress response in neurodegenerative disorders, Front Biosci 12(1) (2007) 1107-23.
[20]. D.N. Hauser, T.G. Hastings, Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in Parkinson's disease and monogenic parkinsonism, Neurobiology of Disease 51 (2013) 35-42.
[21]. C.M. Díaz, B. Bullon, R.J. Ruiz‐Salmerón, P. Fernández‐Riejos, A. Fernández‐Palacín, M. Battino, M.D. Cordero, J.L. Quiles, A. Varela‐López, P. Bullón, Molecular inflammation and oxidative stress are shared mechanisms involved in both myocardial infarction and periodontitis, Journal of Periodontal Research 55(4) (2020) 519-528.
[22]. P. Tarasov, E. Isaev, A. Grigoriev, A. Morgunov, The utilization of perspective quantum technologies in biomedicine, Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, 2020, p. 012040.
[23]. A. Zwick, D. Suter, G. Kurizki, G.A. Álvarez, Precision limits of tissue microstructure characterization by Magnetic Resonance Imaging, Physical Review Applied 14(2) (2020) 024088.
[24]. S.B. Rizvi, S. Ghaderi, M. Keshtgar, A.M. Seifalian, Semiconductor quantum dots as fluorescent probes for in vitro and in vivo bio-molecular and cellular imaging, Nano reviews 1(1) (2010) 5161.
[25]. C. Outeiral, M. Strahm, J. Shi, G.M. Morris, S.C. Benjamin, C.M. Deane, The prospects of quantum computing in computational molecular biology, Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science 11(1) (2021) e1481.