stringtranslate.com

Биологическая инженерия

Некоторые биологические машины

Биологическая инженерия или биоинженерия — это применение принципов биологии и инженерных инструментов для создания пригодных для использования, осязаемых и экономически жизнеспособных продуктов. [1] Биологическая инженерия использует знания и опыт ряда чистых и прикладных наук, [2] таких как массо- и теплоперенос, кинетика, биокатализаторы, биомеханика, биоинформатика , процессы разделения и очистки, проектирование биореакторов, наука о поверхности, механика жидкости, термодинамика и наука о полимерах. Он используется при разработке медицинских устройств, диагностического оборудования, биосовместимых материалов, возобновляемых источников энергии, экологической инженерии, сельскохозяйственной инженерии, технологического проектирования и катализа и других областей, которые улучшают уровень жизни общества.

Примеры биоинженерных исследований включают бактерии, созданные для производства химических веществ, новые технологии медицинской визуализации , портативные устройства для быстрой диагностики заболеваний, протезирование , биофармацевтические препараты и органы, созданные с использованием тканевой инженерии . [3] [4] Биоинженерия существенно пересекается с биотехнологией и биомедицинскими науками аналогично тому, как различные другие формы инженерии и технологии связаны с различными другими науками (например, аэрокосмической инженерией и другими космическими технологиями с кинетикой и астрофизикой ). [ нужна цитата ]

В общем, инженеры-биологи пытаются либо имитировать биологические системы для создания продуктов, либо модифицировать биологические системы и контролировать их. Работая с врачами, клиницистами и исследователями, биоинженеры используют традиционные инженерные принципы и методы для решения биологических процессов, включая способы замены, увеличения, поддержания или прогнозирования химических и механических процессов. [5] [6]

История

Биологическая инженерия — это научная дисциплина, основанная на биологических науках, точно так же, как химическая инженерия , электротехника и машиностроение [7] могут быть основаны на химии, электричестве и магнетизме и классической механике соответственно. [8]

Перед Второй мировой войной биологическая инженерия стала признаваться отраслью техники и была новой концепцией для людей. После Второй мировой войны она развивалась более быстрыми темпами, и термин «биоинженерия» был придуман британским ученым и телеведущим Хайнцем Вольфом в 1954 году в Национальном институте медицинских исследований. Вольф окончил учебу в том же году и стал директором отдела биологической инженерии в университете. Это был первый раз, когда биоинженерия была признана отдельным направлением в университете. Электротехника была в центре внимания этой дисциплины из-за работы в то время с медицинскими устройствами и оборудованием. [9]

Когда инженеры и ученые-биологи начали работать вместе, они осознали, что инженеры недостаточно знают о реальной биологии, лежащей в основе их работы. Чтобы решить эту проблему, инженеры, которые хотели заняться биологической инженерией, уделяли больше времени изучению процессов биологии, психологии и медицины. [10]

Совсем недавно термин «биологическая инженерия» стал применяться к изменениям окружающей среды, таким как защита поверхности почвы, стабилизация склонов, защита водотоков и береговой линии, ветрозащитные полосы, растительные барьеры, включая шумовые барьеры и визуальные экраны, а также экологическое улучшение территории. Поскольку другие инженерные дисциплины также занимаются живыми организмами , термин «биологическая инженерия» может применяться более широко и включать сельскохозяйственную инженерию . [ нужна цитата ]

Первая программа биологической инженерии в Соединенных Штатах была начата в Калифорнийском университете в Сан-Диего в 1966 году. [11] Более поздние программы были запущены в Массачусетском технологическом институте [12] и Университете штата Юта . [13] Многие старые кафедры сельскохозяйственной инженерии в университетах по всему миру переименовали себя в сельскохозяйственную и биологическую инженерию или сельскохозяйственную и биосистемную инженерию . По словам профессора Дуга Лауффенбургера из Массачусетского технологического института, [12] [14] биологическая инженерия имеет широкую базу, которая применяет инженерные принципы к огромному диапазону размеров и сложности систем, начиная от молекулярного уровня ( молекулярная биология , биохимия , микробиология , фармакология , химия белков , цитология , иммунология , нейробиология и нейробиология ) для клеточных и тканевых систем (включая устройства и датчики), для целых макроскопических организмов (растений, животных) и даже для биомов и экосистем.

Образование

Средняя продолжительность обучения составляет от трех до пяти лет, а полученная степень обозначается как бакалавр технических наук ( бакалавр технических наук). Фундаментальные курсы включают термодинамику, биомеханику, биологию, генную инженерию, гидродинамику и механическую динамику, химическую и ферментативную кинетику, электронику и свойства материалов. [15] [16]

Субдисциплины

Моделирование распространения заболевания с использованием клеточных автоматов и взаимодействий ближайших соседей

В зависимости от учреждения и конкретных используемых определений некоторые основные отрасли биоинженерии можно разделить на следующие категории (обратите внимание, что они могут пересекаться):

Организации

Рекомендации

  1. ^ Абрамовиц, Мелисса (2015). Биологическая инженерия . Издательство АБДО. п. 10. ISBN 978-1-62968-526-7.
  2. ^ Герольд, Кейт; Бентли, Уильям Э.; Воссуги, Джафар (2010). Основы биоинженерного образования . 26-я Южная биомедицинская инженерная конференция. Колледж-Парк, Мэриленд: Спрингер. п. 65. ИСБН 9783642149979.
  3. ^ «Что такое биоинженерия?». bioeng.berkeley.edu . Проверено 21 июля 2018 г.
  4. ^ «MSB: О Мюнхенской школе биоинженерии». www.bioengineering.tum.de . Архивировано из оригинала 03 февраля 2020 г. Проверено 3 февраля 2020 г.
  5. ^ Пасотти, Лоренцо; Зукка, Сюзанна (3 августа 2014 г.). «Достижения и вычислительные инструменты для предсказуемого проектирования в биологической инженерии». Вычислительные и математические методы в медицине . 2014 : 369681. doi : 10.1155/2014/369681 . ПМЦ 4137594 . ПМИД  25161694. 
  6. ^ Шеффилд, Университет. «Что такое биоинженерия? - Биоинженерия - Университет Шеффилда». www.sheffield.ac.uk . Проверено 21 июля 2018 г.
  7. ^ Аб Абрамовиц, Мелисса (2015). Биологическая инженерия . Виртуальная справочная библиотека Гейла. п. 18. ISBN 978-1-62968-526-7.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  8. ^ Куэлло Дж. К., От инженерии до биологии и от биологии до инженерии, Двунаправленная связь между инженерией и биологией в биоинженерном проектировании, Int J Engng Ed 2005, 21, 1-7
  9. ^ Медицинская и биологическая инженерия . Оксфорд; Нью-Йорк: Пергамон Пресс. 1966–1976.
  10. ^ Наик, Ганеш Р., изд. (2012). Прикладная биологическая инженерия: принципы и практика . Риека: ИнТех. ISBN 9789535104124.
  11. ^ «Основатель биоинженерной программы UCSD». jacobsschool.ucsd.edu. 1 марта 2004 г. Проверено 22 мая 2018 г.
  12. ^ ab «MIT, факультет биологической инженерии» . Проверено 16 апреля 2015 г.
  13. ^ «Университет штата Юта, факультет биологической инженерии». be.usu.edu . Проверено 13 ноября 2011 г.
  14. ^ "Справочник MIT, Дуг Лауффенбургер" . Проверено 15 апреля 2015 г.
  15. ^ Линсенмайер Р.А., Определение учебной программы бакалавриата по биомедицинской инженерии
  16. ^ Джонсон А.Т., Филлипс В.М. (1995). «Философские основы биологической инженерии». Журнал инженерного образования . 1995 (84): 311–318. doi :10.1002/j.2168-9830.1995.tb00185.x.
  17. ^ abcdefg «Биоинженерия». Британская энциклопедия .
  18. ^ «Конвенция о биологическом разнообразии». 13 мая 2016 года . Проверено 27 апреля 2018 г.
  19. ^ Винсент, Джулиан Ф.В.; Богатырева Ольга Александровна; Богатырев Николай Р.; Бойер, Адриан; Паль, Аня-Карина (2006). «Биомиметика: ее практика и теория». Журнал интерфейса Королевского общества . 3 (9): 471–482. дои : 10.1098/rsif.2006.0127. ПМЦ 1664643 . ПМИД  16849244. 
  20. ^ «Часто задаваемые вопросы по биомеханической инженерии | Машиностроение» . me.stanford.edu . Проверено 15 февраля 2023 г.
  21. ^ "Биопечать" . Проверено 1 мая 2018 г.
  22. ^ "Системная биология | Британника". www.britanica.com . Проверено 15 февраля 2023 г.
  23. ^ Аккредитация ABET, по состоянию на 8 сентября 2010 г.
  24. ^ "О странице AIMBE" .
  25. ^ "Институт биологической инженерии" . Проверено 20 апреля 2018 г.
  26. ^ "Общество биологической инженерии". 28 февраля 2012 года . Проверено 21 августа 2019 г.
  27. ^ "МедиЮнит". www.mediunite.ca . Проверено 7 сентября 2023 г.

Внешние ссылки