תוכנית הביופיסיקה

אנו יודעים שחלק מן הסטודנטים הנרשמים ללימודים יודעים בוודאות את סדרי העדיפויות בבחירת מסלול לימודיהם, בעוד שרבים וטובים מתלבטים בהחלטה באיזה מן המסלולים הפתוחים בפניהם לבחור.

בכך אין פלא, שכן לכאורה נדרש כל מועמד לבחור מסלול לימודים בטרם התנסה בו, ותוך העדר מידע לגבי סוג התעסוקה הצפוי, סיכויי התעסוקה ותחומי ההתמחות המקצועית. לכך ניתן להוסיף שאלות הקשורות למידת ההתאמה האישית למקצוע הנבחר, וההנאה האינטלקטואלית שעשוי הלומד להפיק ממסלול הלימודים הנבחר. במיוחד אמורים הדברים לגבי מסלול לימודי הביופיסיקה לתאר ראשון, שהוא מסלול חדש שאינו קיים במוסדות אחרים בארץ ו"אין את מי לשאול".

לכן מסמך זה נועד לספק קצה חוט של מידע, ובעיקר להודיע שמי שמתלבט ומבקש מידע בנושא מסלול לימודי הביופיסיקה, מוזמן לפנות אל האחראים לתוכנית הביופיסיקה, בכתב, בטלפון או בדואר אלקטרוני. אנו נשתדל לענות על כל שאלה, על מנת להקל בקבלת ההחלטות.

לאן מוביל המסלול?

ראוי לציין שמסלול הלימודים לתואר ראשון בביופיסיקה פותח בפני בוגריו את מגוון האפשרויות הרחב ביותר בבחירת תחומי ההתמחות המקצועית בהמשך הדרך. בוגרי המסלול מתקבלים להתמחות במרבית תחומי המדעים כולל: כל ענפי מדעי החיים, כימיה, פיסיקה, מדעי המח, מדעי הסביבה, ביוטכנולוגיה, הנדסה ביו-רפואית ועוד.

מהי ביופיסיקה?

מדעי הטבע  עברו במהלך מאה השנים האחרונות תהליך של מיקוד והתמחות. תהליך זה הואץ עקב הגידול האדיר של כמות הידע ומורכבות שיטות המחקר. לקראת סוף המאה העשרים גברה ההכרה שההתמחות הצרה בענפי מדעי הטבע גורמת גם למוגבלות. זאת משום שפתרון בעיות רבות בטבע אפשרי רק בגישה בין-תחומית. במיוחד נכונים הדברים כאשר עוסקים בבעיות הקשורות לתהליכי החיים. האורגניזם בנוי מחומר הנוהג לפי חוקים המוכרים לנו מתחום הפיסיקה (כוחות ואינטראקציות בין חלקיקים) והכימיה (שינויים מתמידים בהרכב החומרי: מולקולות ואטומים). אולם התנהגות החומר החי נקבעת גם לפי תכונות שאינן מוכרות לפיסיקאים ולכימאים, אלא שייכות לתחומי ההתמחות של הביוכימאים, הגנטיקאים, הפיסיולוגים ושאר מדעני החיים. ככל שהתקדמו חוקרי מדעי החיים - ובמיוחד בעשרים השנים האחרונות לאור התפתחות ההנדסה הגנטית, התברר להם שהם יכולים לתאר את תופעות החיים במונחים מולקולריים, ולפי כללי ההתנהגות של המולקולות המרכיבות את האורגניזם. אולם, כאן נתקלו בצורך להשתמש בגישות ושיטות מחקר שפותחו ע"י הביולוגים, הפיסיקאים הכימאים, המתמטיקאים ומדעני המחשב, וליישם אותן בתחום חדש. ניסיונות ליישם חוקים אלו, כמות שהם, לבעיות של החיים נכשלו. היה צורך בגישה חדשה המאחדת את כלל המדעים לא כאוסף של גישות בלתי תלויות, אלא כאיחוד לגישה אחת משולבת. איחוד זה הוא מדע הביופיסיקה.

קיימת מגמה כלל עולמית של התכנסות במדעי הטבע למדע הבין תחומי. רבים צופים התחזקות המגמה. לכך גם חשיבות טכנולוגית וכלכלית, שכן הטכנולוגיה והמדע השימושי הבין-תחומי מהווים בסיס לפריצות דרך ברפואה, בתעשייה ובחקלאות. לשם הדגמה בלבד: הרפואה התקדמה מאוד עם הכנסת שיטות אבחון לא חודרניות, תרופות מתוכננות על בסיס פענוח מבנים מולקולריים של גורמי מחלות, והנדסה גנטית (רפואה מולקולרית). מכשירים המבוססים על אלמנטים מיקרוסקופיים שיהיו בעתיד בגודל של מולקולות יחידות, כבר אינם בגדר מדע בדיוני בלבד. התעשייה כבר לוטשת עיניים אל עבר פיתוח רכיבים מולקולריים שיבצעו פונקציות המבוצעות כיום ע'י רכיבי סיליקון. לדוגמא אפשר להזכיר את התפתחות הביוסנסורים, ועוד רבות הדוגמאות.
מדע הביופיסיקה משלב ידע תיאורטי וניסויי משלושת המדעים הבסיסיים כדי לטפל בשאלות בסיסיות ויישומיות בתחומי התהליכים היסודיים של החיים. למדע הביופיסיקה שני ענפים ראשיים:

הענף הראשון הוא מדע הביופיסיקה הבסיסי בו עוסקים בפיתוח שיטות חדשות לפתרון בעיות בתחומים רבים: ביולוגיה של התא, ביוכימיה, ביולוגיה מבנית, ביולוגיה מולקולרית, מדעי העצב, מדעי המוח, מנגנוני פעולת תאי העצב ואופן פעולת המוח, פסיכופיסיקה, מכניקה של גופים, פיסיולוגיה, מאזני האנרגיה בטבע, מדעי הצמח ומדעי הסביבה.  כך ניתן למצוא ביופיסיקאים העוסקים בבניית מודלים תיאורטיים לתהליכים ביולוגיים באמצעות המתמטיקה והמחשבים, בחקר מנגנון ההולכה החשמלית בממברנות ביולוגיות, בבירור מנגנוני הראיה ושאר החושים, בפענוח מנגנון התכווצות השריר, בחקר מבנה ותכונות חומצות הגרעין נושאות התורשה, בחקר מבנה החלבונים ופענוח הקוד הגנטי לרבדיו, בלימוד תופעות הקשורות באור (פוטוביופיסיקה המבוסס בין השאר על שימוש בלייזרים), וכן בפיתוח שיטות הדמיה וקביעת מבנים בעזרת לייזרים, קרני - x, תהודה מגנטית גרעינית ושיטות חישוביות (המבוססות על כוח החישוב החזק של המחשבים המודרניים).

הענף השני כולל את המדעים השימושיים המתבססים על הביופיסיקה, הכוללים בין היתר את התחומים הבאים:  הנדסה ביו-רפואית, ביוטכנולוגיה, תכנון תרופות, שימושי מחשב בתכנון תרופות, איכות הסביבה, שימושים בקרינה, שיטות אבחון רפואיות  (לדוגמא, ההדמיה המגנטית), הנדסת חלבונים, הנדסה גנטית, ייצור חומרים חדשים לתעשיית הטכנולוגיה המתקדמת, פיתוח ביואלקטרוניקה ועוד. (לדוגמא: ההתקדמות המהירה  בתכנון תרופות חדשות למחלת ה-AIDS  מקורה בעבודתם של צוותי ביופיסיקאים רבים בחברות התרופות ומכוני המחקר, שפענחו את המבנה המרחבי של חלבוני הנגיף, ותכננו תרופות בעלות מבנים תואמים). מכוני המחקר והתעשיות העוסקות בתחומים אלו נזקקים יותר ויותר לעבודתם של מומחים בעלי הכשרה בביופיסיקה.

כדי להתמודד עם האתגר ההולך ומתפתח של הכשרת מדענים בעלי יכולת עבודה בתחומים אלו, נפתח מסלול הלימודים בביופיסיקה לתואר ראשון. מטרת התכנית לאפשר לסטודנטים המעונינים להתכונן לקראת ההתפתחות הצפויה במדע הבין תחומי, ולהקנות להם הכשרה שתאפשר התמחות באחד מענפי הביופיסיקה ע'י יצירת בסיס לגישה הבין תחומית.

הגידול הרב בידע המדעי לקראת סוף המאה העשרים לא מאפשר התמחות תוך כדי שלש שנים של לימודי התואר הראשון. דבר זה נכון לגבי כל ענפי מדעי הטבע לסוגיהם. ממילא מי שחפץ לעסוק בעבודה מקצועית ממש, צריך לקחת בחשבון שרק אם ימשיך בלימודי תואר שני ירכוש ניסיון מספיק שיאפשר לו השתלבות בצוותים מקצועיים כעובד מקצועי. יש לציין שההכשרה בלימודי תאר ראשון במסלול הביופיסיקה מאפשרת המשך לימודים לתאר שני ושלישי בתחומי הביופיסיקה וכן גם במדעי החיים לענפיהם (גנטיקה, מיקרוביולוגיה, ביולוגיה מולקולרית, ביולוגיה התפתחותית, הנדסה גנטית, מדעי העצב, אקולוגיה, אימונולוגיה, ביולוגיה של התא, מדעי הצומח, פיסיולוגיה וכו'), ביוטכנולוגיה, הנדסה ביורפואית, פיסיקה רפואית, מדעי הסביבה, כימיה ביולוגית, ביוכימיה ומרבית מענפי הכימיה והפיסיקה (בחלק מהמסלולים של לימודי ההמשך תתכנה דרישות למספר קורסי השלמה). אוניברסיטת בר אילן מקיימת גם תוכנית לימודי תואר שני ושלישי בביופיסיקה (באישור המועצה להשכלה גבוהה).

התכנית לתואר הראשון בנויה בגמישות המאפשרת לסטודנט מידה מסוימת של בחירה אישית, בעיקר בשנת הלימודים השלישית, בהתאם לנטיות ליבו. מי שחפץ להדגיש את מקצועות הפיסיקה, הכימיה או מדעי החיים, יכול לבחור במסלול לימודים בדגש על מקצועות אלו.

תנאי קבלה:
ממוצע בגרות משוקלל : 95
בגרות במתמטיקה ובפיסיקה: סה"כ 9 יחידות, בציון 80 לפחות, בכל מקצוע.
ציון פסיכומטרי: לפחות 630.
במקרים שבהם אחת או יותר מהדרישות הללו לא מתקיימת, יתבצע שקלול הנתונים ויתקבלו מועמדים על פי מספר המקומות שיוותרו.
מועמדים שאין להם ציון בגרות בפיסיקה אך נתוניהם האחרים מעל הסף, יידרשו להשתתף בקורס מכינה בפיסיקה בקיץ כתנאי לקבלתם.

עיקרי תכנית הלימודים (ר' להלן את רשימת הקורסים המפורטת, ייתכנו שינויים בעתיד):

שנה א':   מתמטיקה לפיסיקאים, אלגברה ליניארית 1, מכניקה, חשמל ומגנטיות, כימיה כללית, כימיה אי אורגנית, מעבדה בכימיה אנליטית, מבוא לביולוגיה, מבוא לביוכימיה, ביולוגיה של התא.
שנה ב':  גלים, מעבדה ממוחשבת בפיסיקה, אופטיקה (כולל מעבדה), כימיה אורגנית (כולל מעבדה), כימיה פיסיקלית, ביוכימיה (כולל מעבדה ותרגיל).
שנה ג': אופטיקה מודרנית ולייזרים, ביופיסיקה של ממברנות ופולימרים, ספקטרוסקופיה וקביעת מבנה, ביוסטטיסטיקה, ביולוגיה מולקולרית והנדסה גנטית א', גנטיקה כללית, נוירופיסיולוגיה תאית, ביוכימיה פיסיקלית, ביופיסיקה של אור וחומר, תהודה מגנטית, סמינריון למסלול ביופיסיקה, ועוד מספר קורסי בחירה בהתאם לנטיות ליבו של הסטודנט.

לפירוט הקורסים, לחץ כאן.

את הסטודנטים הלומדים במסגרת התכנית מלווה צוות חונכים הכולל מרצים משלשת המחלקות (פיסיקה, כימיה ומדעי החיים) המלווים באופן אישי כל סטודנט. החונכים מסייעים לסטודנטים באופן פרטני בהרכבת תכנית הלימודים, בבחירת הקורסים, ובכל שאלה אקדמית המתעוררת במהלך הלימודים.

אפשרויות תעסוקה של בוגרי תכנית לימודים בביופיסיקה:

רוב דרישות השוק הן לבוגרי תאר שני. כאמור לעיל, תכנית הלימודים מאפשרת המשך לימודים לתארים מתקדמים במבחר גדול של תחומים. מן הראוי להדגיש שהלימודים הבין תחומיים פותחים בפני הבוגרים אפשרויות ייחודיות בהתמחות במסגרת התואר השני בתחומים נדרשים במחקר הרפואי ובתעשייה המודרנית. לשם הדגמה מתואר במסמך המצורף למכתב זה מדע הביולוגיה המבנית, שהוא תחום מובהק של הביופיסיקה המהווה בסיס לתעשיות ביוטכנולוגיות מודרניות רבות.

פוטנציאל התעסוקה בתחום המחקר, הפיתוח, התעשייה והשירותים כולל בין השאר את התחומים הבאים: מדעי העצב, טכנולוגיה והנדסה רפואית (שיטות אבחון, שיטות טיפול בעזרת מכשירים מודרניים, שימושי קרינה וכו'), תעשיית הביוטכנולוגיה (תעשיית טכנולוגיה-מתקדמת (high-tech) בעלת פוטנציאל התפתחות גדול מאוד בשנים אלו), הנדסה גנטית, מכלול בעיות איכות הסביבה, ביולוגיה מבנית, חקר המוח, הזיכרון והפסיכופיסיקה (מבחר גדול של נושאים ביופיסיקליים בין-תחומים מובהקים ), ביו-מכניקה, תעשיית תכנון וייצור תרופות, חקר חומרים, תעשיית מזון, ייצור מכשירים רפואיים (לייזרים, מכשירי הדמייה), תפעול ציוד רפואי במסגרת בתי החולים, מחקר חקלאי במספר תחומים (תהליכי ההטמעה, בעיות של נזקי קרינה וכו'), כל נושא האינפורמציה הביולוגית (ביואינפורמטיקה) שהולך ומתפתח ממש בשנים אלו, שימושי המחשב במחקר הביופיסיקלי ועוד ועוד.

תכנית הלימודים מפגישה את הסטודנטים עם יסודות מדעי הטבע במספר תחומים, לכך יתרון של גוון וחשיפה מוגברת. אולם, מכאן גם נובעות דרישות גבוהות לכושר התמודדות אינטלקטואלית גבוה מן הנדרש בתכניות חד דיסציפלינריות.
 אנו רואים צורך לציין שעקב ההתמודדות עם תכנית לימודים בשלשה תחומים כבדים של מדעי הטבע, תכנית הלימודים בביופיסיקה מהווה אתגר כבד במיוחד. היא מיועדת לסטודנטים מצטיינים ומוכשרים, המוכנים מבחינה אינטלקטואלית להתמודד עם גישה רחבה אך מעמיקה מאוד, ברמת דרישות גבוהה. דרגת הקושי של הלימוד עולה על זו הנדרשת במדעי החיים ובכימיה.
 ניתן לקבל פרטים נוספים על התכנית הבין-תחומית ללימודי ביופיסיקה ע'י פניה אל חברי הצוות המלווה את הסטודנטים לביופיסיקה, בכתב, בטלפון או בדואר אלקטרוני:
פרופ' בנימין ארנברג מהמחלקה לפיסיקה (טל. 03-5318427), דואר אלקטרוני   ehren@mail.biu.ac.il
פרופ' אלישע האס מהפקולטה למדעי החיים, (טל. 03-5318210), דואר אלקטרוני haas@mail.biu.ac.il
 ד"ר ירדן טשיל מהמחלקה לכימיה (טל. 03-5317419), דואר אלקטרוני    chillj@mail.biu.ac.il

שלש דוגמאות של תחומים הזקוקים למדענים בעלי הכשרה בין-תחומית:
ביולוגיה מבנית, חקר מערכות העצבים ומדעי הסביבה

1. מדע הביולוגיה המבנית - דוגמא לאחד מענפי הביופיסיקה המודרנית

1.1. מדוע מדע בין תחומי? ומדוע ביולוגיה מבנית?

 המאה העשרים התחילה במהפכה של הפיסיקה המודרנית, ששינתה לחלוטין את המדעים המדויקים. רבים הסבורים שהמעבר למאה העשרים ואחת יהיה העידן של המעבר לביולוגיה המודרנית.
 בתחילת המאה העשרים עסקו חוקרי החיים בתיאור התופעות בעזרת הכלים שעמדו לרשותם מאז המצאת המיקרוסקופ וגילוי התפקיד המרכזי של התאים כיסוד תהליכי החיים. בסוף המאה הקודמת נמוגה סופית תורת הויטליזם, (שגרסה קיומם של חוקים מיוחדים לתהליכי החיים שאינם חלק מן הפיסיקה והכימיה של החומר הדומם) והתברר שהתא פועל על יסוד פעולת חומרים שניתן לטפל בהם בעזרת הכלים התיאורטיים והניסויים של הכימיה והפיסיקה. השילוב של מדעי הפיסיולוגיה והכימיה האורגאנית הוליד את מדע הביוכימיה הצעיר. המחצית הראשונה של המאה העשרים היתה תקופת הגילויים של הביוכימאים. אחד הגילויים המרכזיים היה גילוי תפקידם של הפולימרים הביולוגיים בכל תהליכי החיים. לקראת אמצע המאה היה ברור שיש "חלוקת תפקידים" ברורה: חומצות הגרעין הן פולימרים הנושאים את החומר התורשתי, האינפורמציה הגנטית המכתיבה את התכונות של כל אורגאניזם ואילו החלבונים הם הפולימרים המיוצרים בכל תא על פי האינפורמציה הגנטית ו"מבצעים" את העבודה של בניין האורגאניזם וקיומו לכל אורך חייו. פולימרים נוספים (רב סוכרים ושומנים) מהווים אבני בניין משותפות לכל התאים.

מבנה סכמטי תלת-ממדי של החלבון אדנילט קינאז, האחראי להעברת קבוצת פוספאט.

ממברנה ביולוגית מחולקת לפאזות נפרדות. המדידה בעזרת מיקרוסקופיה פלואורסצנטית.

בעשורים האחרונים התברר גם שלממברנה שעוטפת את התאים יש תפקיד נוסף מלבד לשמש "שקית" לתכולתו של התא. חלק גדול מהתהליכים שמתרחשים בתא קורה בממברנה שעובייה כמה מיליוניות מילימטר. תפקודן של הממברנות כולל בידוד תוכן התא מהסביבה, דיפוזיה סלקטיבית של חומרים מסוימים דרך הממברנה, יצירה ושמירה של שדות חשמליים על הממברנה (בכל התאים, אבל במיוחד בתאי עצב) ועוד. פעולות אלו מבוססות על תהליכים פיסיקליים הניתנים לכימות. חקר הממברנות המודרני מבוסס ברובו על שיטות פיסיקליות כגון: ספקטרוסקופיה בעזרת לייזרים, שיטות של תהודה מגנטית, קלורימטריה (ספיגת חום) ועוד.

 1.2. ביולוגיה מבנית - מדע בין תחומי העוסק בחשיפת הבסיס המולקולרי לתהליכי החיים

שלש פריצות דרך חשובות במהלך המחצית השניה של המאה העשרים קירבו אותנו אל היעד הזה. שתי הראשונות נעשו בידי ראשוני שטח המחקר המוכר כיום בשם "ביולוגיה מבנית", שהיא ענף משני של הביופיסיקה. בשנות החמישים הניחו Watson and Crick את יסודות העיקרון המרכזי של אופן העברת האינפורמציה הגנטית ע'י חומצות הגרעין. גילוי הסליל הכפול שפורסם בשנת 1953, הראה שהאינפורמציה עשויה להיות משומרת ע'י מולקולות המהוות תבניות שניתן "לצקת" עליהן חומר חדש ולקבל העתקים זהים. בהמשך פוענח הקוד הגנטי ומאז הולכים ומתבררים המנגנונים הביוכימיים של ההעתקה ותרגום האינפורמציה לתהליכי ייצור החלבונים הספציפיים לכל אורגאניזם, שהם מצידם מבצעי תהליכי החיים.
הגילוי השני, גם הוא באמצעות שימוש בקרני רנטגן, נעשה בעבודתו החלוצית של Max Perutz שפורסמה בסוף שנות החמישים. בפעם הראשונה נקבע המבנה המרחבי של מולקולת חלבון ע'י פיתוח שיטה המבוססת על פענוח המבנה של החלבונים ע'י כליאתם בתוך מבנה גבישי. עבודות חלוציות אלו שינו את דרך החשיבה של הביוכימאים, ופרצו את הדרך להבנת מנגנוני הפעולה של התהליכים הביוכימיים על בסיס הגישה המבנית. כך הפכה הביולוגיה המבנית מענף צדדי, שהיה נחלתם של ביופיסיקאים סקרנים, לדיסציפלינה מחקרית וטכנולוגית מרכזית בכל תחומי המחקר והפיתוח הביוכימי והביוטכנולוגי באקדמיה ובתעשייה המתקדמת (high-tech).
חידוש חשוב נוסף בתחום הביולוגיה המבנית התווסף בשנות השמונים כאשר Richard Ernst ו- Kurt Wütrich (שניהם במכון הגבוה לטכנולוגיה בציריך) פיתחו שיטה ביופיסיקלית נוספת לפענוח מבנה חלבונים בתמיסה ע'י מדידות תהודה מגנטית גרעינית. שתי הדיסציפלינות המחקריות הנסיוניות שהתפתחו עקב עבודות חלוציות אלו מהוות את הבסיס לקביעת מבנים מולקולריים, והן משלימות זו את זו.

שרשרת האירועים המהירים המתרחשים בחומר הרגיש לאור בעין, הרודופסין, בעקבות בליעת פוטון אור בודד.

כתוצאה מהתפתחויות אלו, וגל הגילויים שנבע מפריצות הדרך הראשוניות במשך המחצית השניה של המאה העשרים, עבר המחקר הביוכימי מן השלב התיאורי לשלב שבו כל שאלה נבחנת במונחים של המבנים המולקולריים המעורבים בתהליכים. עיון קל בספרות המקצועית הביוכימית של ימינו חושף מיד את המעבר לגישה המבנית. רבות מעבודותיהם של הביוכימאים כוללות תמונות צבעוניות של מבנה המולקולות המעורבות בנושאי המחקרים, פרי שיתופי פעולה עם חוקרי הביולוגיה המבנית. התוצאה החשובה ביותר של מחקרים אלו היא שיש סיכוי טוב לכך שניתן יהיה לפענח את הבסיס המולקולרי של רוב תהליכי החיים על סמך הבנת המבנים המולקולריים ואופן פעולות הגומלין שביניהם. לכך צפויות השלכות מרחיקות לכת על הרפואה והתעשייה המודרניים. אולם הבנה מלאה של התהליכים מחייבת גם ללמוד את דרך תנועת המולקולות תוך כדי פעולתן, את זאת ניתן לבצע בעזרת שיטות מדידה המבוססות על לייזרים מודרניים ומכשירים נוספים. בעקבות התפתחויות אלו וההתפתחות המהירה של המחשבים המודרניים התפתח ענף חשוב נוסף בביופיסיקה וביולוגיה מבנית, הביולוגיה התיאורטית, אשר משלימה את העבודה הנסיונית ומאפשרת תמונה בין-תחומית כוללת.
פריצת דרך שלישית שנתנה תנופה נוספת למרכזיותה של הביולוגיה המבנית היתה גילוי התהליכים הטבעיים של השינויים בחומר הגנטי 1972), שבעקבותיה התפתחו ההנדסה הגנטית והנדסת החלבונים. שילוב שלושת ההתפתחויות האלו נותן בידי החוקרים את המפתח ליישום הידע המבני הקיים לפיתוחים טכנולוגיים בתחום הרפואה וההנדסה. 

1.3. מדע הביולוגיה המבנית כבסיס לתעשייה ביוטכנולוגית

ההתפתחות המדעית של המחצית השניה של המאה הנוכחית שתוארה בקצרה בסעיף הקודם יצרה מצב חדש בתחום הרפואה והפוטנציאל התעשייתי של מדעי החיים. בעוד שעד כה התבססו הרפואה, החקלאות, והתעשייה על ניצול חומרים ותהליכים טבעיים כמות שהם, הבנת הבסיס המבני-המולקולרי של התהליכים מאפשרת לראשונה תכנון מושכל של חומרים חדשים למטרות מוגדרות או יישומים הנדסיים המבוססים על שינויים בחומרים קיימים. כך מתאפשר גם תכנון הנדסי של חומרים ותהליכים שישמשו לפונקציות חיוניות בטכנולוגיה וברפואה. תחת הכותרת ביולוגיה מבנית וביופיסיקה נכללת דיסציפלינה מדעית המשלבת את מכלול מדעי הטבע: פיסיקה, כימיה, מדעי החיים ומדעי המחשב. לדיסציפלינה זו תחומים שימושיים המעורבים ברפואה, בחקלאות ובתעשייה. התעשייה הקולטת מרבית כוח האדם בתחום זה עתה, היא התעשייה הפרמצבטית. תעשיות נוספות כגון המיקרו-אלקטרוניקה כבר קולטות מומחים בעלי הכשרה של ביולוגיה מבנית וביופיסיקה, ואין ספק שנטייה זו תלך ותגבר ככל שהידע יתקדם, ויישומים נוספים ירדו מספסל המדע הבדיוני לעולם המעשה.

2. מדעי העצב - מדע ביופיסיקלי בין-תחומי: שילוב של הפיסיקה, הכימיה ומדעי החיים עם ענף המתקשר למדעי ההתנהגות 

מערכת העצבים היא מערכת התקשורת ובקרת ההתנהגות של כל אורגאניזם. יחידת הפעילות הבסיסית של מערכות העצבים היא תא העצב. למרבית תאי העצב שלוחות אשר יוצרות קשרים עם תאי עצב נוספים. במוח האדם מספר עצום של תאים (אלפי מיליארדים), מספר השלוחות היוצאות מתא עצב אחד מגיע לאלפים, כך שמספר הקשרים שיכולה כל קבוצת תאים ליצור בתוכה ועם שכנותיה הוא גדול מאוד. כך פועלות מערכות עצבים דוגמת רקמת המוח כמערכת משולבת של מספר אדיר של אלמנטים, המעבירים אותות ביניהם ויוצרים מערך סבוך ביותר המסוגל לבצע משימות מורכבות, החל מהנעת גופים וכלה בחשיבה ולמידה.

האותות המועברים ע'י תאי העצבים הם אותות חשמליים המבוססים על זרימת מטענים דרך מעברים מולקולריים ("תעלות") בקרומי (ממברנות) התאים (בעיה מתחום הכימיה והפיסיקה). אולם, בניגוד לאלמנטים חשמליים בעולם הטכנולוגיה, הזרמים החשמליים בתאי העצבים הם זרמים הנישאים ע'י יונים (אטומים טעונים) ולא ע'י אלקטרונים. הפוטנציאל המניע את הזרם אינו פוטנציאל חשמלי רגיל אלא פוטנציאל אלקטרו-כימי התלוי בריכוזי החלקיקים הטעונים בסביבת קרומי התאים, בתוך התאים ומחוצה להם (בעיה הנחקרת בכלים מתחום הכימיה והפיסיקה). מערכות העצבים מעבירות מידע תחושתי מן החיישנים החיצוניים אל המערכת המרכזית, שם מעובדים האותות. כמות האינפורמציה המועברת הגדולה עד מאוד, ומורכבות הקשרים בהם מועברת האינפורמציה, יוצרים אתגר מחקרי המטופל בגישות מעולמם של הפיסיקאים, המתמטיקאים ומדעני המחשב.

כבר מתוך תיאור כללי זה ניתן להבחין שחקר מערכות העצבים, החל מחקר מנגנוני פעולת התאים הבודדים וכלה בחקר המוח לא יכול להתפתח על בסיס מדעי החיים בלבד. מחקר זה מהוה אתגר מדעי בין-תחומי מובהק. אין פלא שבמכוני מחקר ואוניברסיטאות רבים בעולם פועלים צוותים בין-תחומיים במעבדות המוקדשות לחקר מערכות העצבים והמוח. צוותים אלה כוללים ביוכימאים, פיסיקאים, מתמטיקאים, כימאים, אנשי מדעי המחשב, גנטיקאים, ביולוגים של התא, נוירוביולוגים ואנשי עיבוד נתונים. הם משתמשים בשיטות המבוססות על כל הדיסציפלינות המדעיות בשיתוף, מתוך הכרה ברורה שרק מאמץ בין-תחומי מרוכז עשוי לקדם את פענוח עקרונות הפעולה של מערכות עצבים מורכבות. החוליה המרכזית בחקר מערכות העצבים שהיא גם המקשרת בין כל התחומים הרבים, הם החוקרים בעלי ההכשה בתחום הביופיסיקה, שלהם הבסיס לפעולה בכמה דיסציפלינות.
מדעי העצב הם תחום דינמי המתפתח במהירות בעולם המדע. חקר מערכות העצבים נחשב לאחד האתגרים המרכזיים של חקר החיים לקראת המאה הבאה. אין ספק שהביופיסיקאים יתפסו מקום מרכזי במאמץ הבין-לאומי בחקר המוח ומערכות העצבים.

3. הביופיסיקה בשירות איכות הסביבה - אתגר בלתי נמנע לחברה האנושית בעולם צפוף ובעל משאבים מוגבלים

הסביבה בה אנו חיים היא מערכת מורכבת הכוללת את הקרקע, האטמוספירה, הימים, האגמים, מכלול הצמחייה ועולמם של היצורים החיים (הביוספירה). זוהי מערכת מורכבת מאוד שניתן להבינה על פי חוקי הפיסיקה, הכימיה ומדעי החיים. אולם, המאפיין את המכלול של הסביבה, היא העובדה שכל רכיב בודד במערכת משפיע על שאר הרכיבים ומושפע מהם. כך לדוגמה, הקרקע היא לכאורה מערכת הבנויה משילוב של חומרים וניתנת להבנה על פי הכימיה והפיסיקה של חומרים אלו. אולם המציאות שונה מאוד, זו מערכת רוחשת חיים. תנאיהם של היצורים הקרקעיים מושפעים מאוד מן הסביבה הפיסיקלית והכימית המיוחדת של הקרקע והם גם משפיעים מאוד על החומר הקרקעי ומבנהו. זוהי אינטראקציה רב-רכיבית, רב-כוונית מורכבת ביותר. כל אחד מן הרכיבים משפיע על השאר ואין הבנה של המערכת המורכבת ללא הבנת כל האינטראקציות בתוכה. כך גם האטמוספירה, שהיא מערכת פיסיקלית מובהקת, וניתנת לניתוח וחיזוי על פי מערכות משוואות מעולמה של התרמודינמיקה, מושפעת מפעולת הצמחייה, החיים בים, פליטת החמצן מהצמחים, פליטת חומרים מתהליכים כימיים ומשפיעה עליהם.
 לכן, לא ניתן לתאר את הסביבה שבה אנו חיים באוסף כלים של דיסציפלינות בודדות, השלם אינו סכום חלקים בודדים. יש הכרח בפיתוח מדע המשלב את כל התחומים וחוקר את התוצאה של האינטראקציה בין כל הרכיבים. לכן, בעיות איכות הסביבה דורשות הכשרת מדענים בעלי רקע בין-תחומי במדעי הטבע. באופן טבעי חלק מיישומי הביופיסיקה הם בתחום חקר הסביבה, הרכבה, אופני השתנותה, אופני תפקודה והשפעתה על המערכות החיות בתוכה.
 הטכנולוגיה המודרנית המנצלת משאבים טבעיים באופן מואץ (למשל שריפת דלקים ואפקט החממה), וצפיפות האוכלוסייה העולמית, ובעיקר, הצטופפותה באיזורי ביקוש (למשל צפיפות האוכלוסייה במרכז ישראל שהיא מן הגבוהות בעולם), יוצרים בעיות אדירות בתחום שמירת האיזון של הרכב ותכונות הסביבה בה אנו חיים. כל התערבות מסיבית באחד הרכיבים המרכיבים את הסביבה, כגון, שימוש בתרסיסים המבוססים על פלואורוקרבונים הפוגעים בשכבת האוזון, שימוש פרוע בדישון וחומרי ריסוס בחקלאות, או עקירת יערות העד באיזורים רבים, משפיעים על גורמים רבים אחרים בסביבה, יוצרים תגובות שרשרת, ומסכנים את יציבות תנאי החיים על פני הפלנטה כולה.
 לקראת המאה ה- 21 חודרת ההכרה שהסביבה אינה מאגר כה גדול שכל התערבות אנושית רק פוגעת באפס קצהו ולא מסכנת את יציבותה. היום ברור שיש להשקיע מאמץ כלל עולמי בהבנת האינטראקציות שבין מכלול מרכיבי הסביבה, לבחון כל התערבות אנושית בסביבה לאור הידע המצטבר, ולהישמר מגרימת נזק לאיכות הסביבה. האדם המודרני הנהנה מאיכות חיים בזכות הטכנולוגיה המודרנית המבוססת על ניצול משאבים, הגיע לשלב שעליו להתייחס בכובד ראש לתוצאות הנלוות של ניצול הסביבה. זו כבר אינה אחריות כלפי הדורות הבאים בלבד, התוצאות של ההתערבות הטכנולוגית באיזון הסביבתי מהוות בעיה לוחצת כבר עתה. כך למשל, האיחוד האירופאי משקיע קרוב לשליש ממשאבי המחקר המשותפים העומדים לרשותו, במחקר המיועד לקידום מדעי הסביבה.

לביופיסיקאים תפקיד חשוב בחקר הסביבה וביצירת הכללים לשמירת איכות הסביבה, תוך המשך הפעילות החקלאית, התעשייתית והאורבאנית המיועדת לקידום רווחת האדם. לימודים בין-תחומיים במסגרת תכנית הביופיסיקה נותנים בידי הסטודנט כלים מתאימים לפתח בהמשך התמחות באחד מתחומי מדעי הסביבה והפעילות לשמירתה.

טיפול פוטודינמי של גידולים ממאירים מבוסס על הארת הגידול שבו נספג חומר כימי. האור "מפעיל" את החומר אשר קוטל את תאי הסרטן.

התוכנית ללימודי תואר שני ושלישי

תוכנית לימודי ההמשך תאפשר התמחות והשתלמות בביופיסיקה לקראת קבלת תואר מוסמך ודוקטור. ניתן ללמוד לתואר שני במסלול הרגיל או במסלול המשולב, המאפשר מעבר מהיר ללימודי תואר שלישי. סטודנטים שסיימו לימודי תואר ראשון ביופיסיקה בהצטיינות, ועונים על דרישות ביה"ס ללימודים מתקדמים, יוכלו להתקבל ללימודי תואר שלישי במסלול הישיר מיד בתום לימודי התואר הראשון.
יתקבלו לתוכנית בוגרי ביופיסיקה ובוגרי מדעים מדויקים ומדעי החיים. מי שלא למדו ביופיסיקה לתואר הראשון אלא פיסיקה, כימיה או ביולוגיה, יתקבלו בתנאי שישלימו קורסים בהיקף שייקבע על פי לימודיהם לתואר ראשון ועל פי קבוצת המחקר אליה יתקבלו ללימודי תואר שני. קבלת סטודנטים תעשה לאחר ראיון ע"י צוות ההיגוי.
כל סטודנט לתאר שני נדרש לקחת קורסים בהקף של 13.5 נקודות זכות, כולל סמינריון בביופיסיקה. לצפיה ברשימת הקורסים לחץ כאן.
ניתן לבחור בקורסים נוספים מרשימת הקורסים לתארים מתקדמים שניתנים ע"י המחלקות בשתי הפקולטות, וזאת לאחר אישור מראש ע"י ראשי התכנית.
יינתנו מלגות קיום לתלמידי תואר שני ושלישי, כמקובל בפקולטות למדעים מדויקים ומדעי החיים.