В целом, биоинженеры пытаются имитировать биологические системы, чтобы создавать продукты или изменять и контролировать биологические системы. Работая с врачами, клиницистами и исследователями, биоинженеры используют традиционные инженерные принципы и методы для решения биологических процессов, включая способы замены, дополнения, поддержания или прогнозирования химических и механических процессов. [5] [6]
История
Биологическая инженерия — это научно обоснованная дисциплина, основанная на биологических науках, точно так же, как химическая инженерия , электротехника и машиностроение [7] могут быть основаны на химии, электричестве и магнетизме, а также классической механике , соответственно. [8]
До Второй мировой войны биологическая инженерия начала признаваться как отрасль инженерии и была новой концепцией для людей. После Второй мировой войны она развивалась быстрее, и термин «биоинженерия» был придуман британским ученым и телеведущим Хайнцем Вольфом в 1954 году в Национальном институте медицинских исследований . В том же году Вольф окончил университет и стал директором Отделения биологической инженерии в Оксфорде . Это был первый раз, когда биоинженерия была признана как отдельная отрасль в университете. Первоначально эта дисциплина была сосредоточена на электротехнике из-за работы с медицинскими приборами и оборудованием в то время. [9]
Когда инженеры и ученые-биологи начали работать вместе, они поняли, что инженеры недостаточно знают о реальной биологии, стоящей за их работой. Чтобы решить эту проблему, инженеры, которые хотели заняться биологической инженерией, уделяли больше времени изучению процессов биологии, психологии и медицины. [10]
В последнее время термин «биологическая инженерия» стал применяться к таким экологическим модификациям, 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, включая сельскохозяйственную инженерию . [ необходима ссылка ]
Средняя продолжительность обучения составляет от трех до пяти лет, а завершенная степень обозначается как бакалавр инженерии ( BS in engineering). Основные курсы включают термодинамику, биомеханику, биологию, генную инженерию, динамику жидкости и механики, химическую и ферментативную кинетику, электронику и свойства материалов. [15] [16]
Субдисциплины
Моделирование распространения заболеваний с использованием клеточных автоматов и взаимодействия ближайших соседей
В зависимости от учреждения и конкретных используемых определений некоторые основные отрасли биоинженерии можно классифицировать следующим образом (обратите внимание, что они могут пересекаться):
Биомедицинская инженерия : применение инженерных принципов и концепций проектирования в медицине и биологии в целях здравоохранения. [17]
Биохимическая инженерия : ферментативная инженерия, применение инженерных принципов к микроскопическим биологическим системам, которые используются для создания новых продуктов путем синтеза, включая производство белка из подходящего сырья. [17]
Биологическая системная инженерия : применение инженерных принципов и концепций проектирования в сельском хозяйстве, пищевых науках и экосистемах. [7]
Биотехнология : разработка технологий для мониторинга условий, в которых происходит определенный процесс, [17] (Например: проектирование биопроцессов, биокатализ , биосепарация, биоэнергетика )
Инженерия охраны окружающей среды : применение инженерных принципов для контроля окружающей среды для здоровья, комфорта и безопасности людей. Включает в себя область систем жизнеобеспечения для исследования космоса и океана. [17]
Биомиметика : имитация моделей, систем и элементов природы для решения сложных человеческих проблем. (Например: липучка, разработанная после того, как Жорж де Местраль заметил, как легко репейники прилипают к шерсти собаки.) [19]
Биоэлектрическая инженерия
Биомеханическая инженерия : это применение принципов машиностроения и биологии для определения того, как эти области связаны и как их можно интегрировать для потенциального улучшения здоровья человека. [20]
Бионика : интеграция биомедицины, больше ориентированная на робототехнику и вспомогательные технологии. (Например: протезирование) [17]
Биопечать : использование биоматериалов для печати органов и новых тканей [21]
Системная биология : молекулы, клетки, органы и организмы изучаются с точки зрения их взаимодействия и поведения. [22]
Организации
Совет по аккредитации в области инженерии и технологий (ABET) [23] , базирующийся в США совет по аккредитации программ бакалавриата в области инженерии, проводит различие между биомедицинской инженерией и биологической инженерией, хотя между ними существует много общего (см. выше).
Американский институт медицинской и биологической инженерии (AIMBE) состоит из 1500 членов. Их главная цель — информировать общественность о ценности биологической инженерии в нашем мире, а также инвестировать в исследования и другие программы для развития этой области. Они выдают награды тем, кто посвятил себя инновациям в этой области, и награды за достижения в этой области. (Они не вносят прямого вклада в биологическую инженерию; они признают тех, кто вносит, и поощряют общественность продолжать это движение вперед). [24]
Институт биологической инженерии (IBE) — некоммерческая организация, существующая исключительно на пожертвования. Их цель — поощрять общественность учиться и продолжать совершенствоваться в области биологической инженерии. (Как и AIMBE, они не проводят исследования напрямую; однако они предлагают стипендии студентам, которые показывают хорошие результаты в этой области). [25]
Общество биологической инженерии (SBE) — технологическое сообщество, связанное с Американским институтом инженеров-химиков (AIChE). SBE проводит международные конференции и является глобальной организацией ведущих инженеров и ученых, стремящихся к продвижению интеграции биологии с инженерией. [26]
Журнал MediUnite — это кампания по повышению медицинской осведомленности и газета, которая часто публикует биомедицинские открытия и цитирует биомедицину в различных исследовательских работах. [27]
^ Герольд, Кит; Бентли, Уильям Э.; Воссоуги, Джафар (2010). Основы биоинженерного образования . 26-я Южная конференция по биомедицинской инженерии. Колледж-Парк, Мэриленд: Springer. стр. 65. ISBN9783642149979.
^ "Что такое биоинженерия?". bioeng.berkeley.edu . Получено 21 июля 2018 г.
^ "MSB: О Мюнхенской школе биоинженерии". www.bioengineering.tum.de . Архивировано из оригинала 2020-02-03 . Получено 2020-02-03 .
^ Pasotti, Lorenzo; Zucca, Susanna (2014-08-03). «Достижения и вычислительные инструменты на пути к предсказуемому проектированию в биологической инженерии». Вычислительные и математические методы в медицине . 2014 : 369681. doi : 10.1155/2014/369681 . PMC 4137594. PMID 25161694 .
^ Шеффилдский университет. «Что такое биоинженерия? - Биоинженерия - Шеффилдский университет». www.sheffield.ac.uk . Получено 21 июля 2018 г.
^ Cuello JC, Инженерия к биологии и биология к инженерии, Двунаправленная связь между инженерией и биологией в биологическом инженерном проектировании, Int J Engng Ed 2005, 21, 1-7
^ Наик, Ганеш Р., ред. (2012). Прикладная биологическая инженерия: принципы и практика . Риека: InTech. ISBN9789535104124.
^ "Основатель программы биоинженерии UCSD". jacobsschool.ucsd.edu. 1 марта 2004 г. Получено 22 мая 2018 г.
^ ab "MIT, Department of Biological Engineering" . Получено 16 апреля 2015 г. .
^ "Университет штата Юта, кафедра биологической инженерии". be.usu.edu . Получено 13 ноября 2011 г.
^ "Справочник MIT, Дуг Лауффенбургер" . Проверено 15 апреля 2015 г.
^ Линсенмейер РА, Определение учебной программы бакалавриата по биомедицинской инженерии
^ Джонсон AT, Филлипс WM (1995). «Философские основы биологической инженерии». Журнал инженерного образования . 1995 (84): 311–318. doi :10.1002/j.2168-9830.1995.tb00185.x.
^ abcdefg "Биоинженерия". Энциклопедия Британника .
^ "Конвенция о биологическом разнообразии". 13 мая 2016 г. Получено 27 апреля 2018 г.
^ 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.
^ "Часто задаваемые вопросы по биомеханической инженерии | Машиностроение". me.stanford.edu . Получено 2023-02-15 .
^ "Биопечать" . Получено 1 мая 2018 г.
^ "Системная биология | Britannica". www.britannica.com . Получено 2023-02-15 .
^ Аккредитация ABET, дата обращения 08.09.2010.
^ "Страница о AIMBE".
^ "Институт биологической инженерии" . Получено 20 апреля 2018 г.
^ "Общество биологической инженерии". 28 февраля 2012 г. Получено 21 августа 2019 г.
