21세기 물리학의 관심은 전통적 범주를 넘어 소위 복잡계라 불려지는 비평형상태의 생물, 사회경제, 정보통신 시스템의 창발적 현상을 물리적으로 이해하고자 하는 영역으로 확대되고 있다. 생물물리는 기존의 전통적인 생물학과 물리 사이를 연결하는 학문으로 분자 수준의 미시적 스케일에서부터 거시적 스케일에 이르기까지 다양한 레벨에서 일어나는 생명 현상과 패턴을 물리 이론과 수학으로 규명하는 학문이다. 최근에는 단분자 혹은 단세포 수준에서 생명 현상을 관측할 수 있게 됨에 따라 미시적 스케일에서 생명 현상의 이질성(heterogeneity)과 확률과정적 성질을 이해하는 것이 중요한 방향이 되고 있다. 복잡계 네크워크는 21세기 통계물리의 떠오르는 분야로써 통계물리의 개념과 방법론을 확장시킬 뿐 아니라 사회 경제 등 다양한 학문 분야의 이론적 분석틀을 제공하는 중요한 학제간 연구 분야이기도 하다. 우리 물리학과에서는 생물물리 혹은 복잡계 물리를 연구하는 5팀의 실험/이론 연구그룹이 있다.

단일분자 생물물리(Single-molecule biophysics)의 연구는 DNA, RNA, 단백질 등의 생체분자 하나 하나를 관측하여 정성적인 성질뿐만 아니라 변위, 속도, 힘 등의 물리량을 정량적으로 분석하여 생명현상을 규명한다. 각각의 생체분자 또는 세포에서 측정된 물리량의 분포를 통하여 그들의 거동을 더욱 정확하게 파악할 수 있고, 개별 생체분자의 움직임을 실시간으로 관측할 수 있는 동역학 연구가 가능해진다. 본 연구실은 single-particle tracking, FRET, optical tweezers, flow-stretching bead assay 등의 단일분자 제어 및 관측 기술을 이용하여 다양한 생명현상을 연구하고 있다.

나노정밀 역학생물학 Nano-Precision Mechano-Biology (손민주, 연구실홍보동영상)