Биологическая инженерия

Биологическая инженерия или биоинженерия – это применение принципов биологии и инженерных инструментов для создания полезных, осязаемых и экономически жизнеспособных продуктов. ^{[ 1 ]} Биологическая инженерия использует знания и опыт ряда чистых и прикладных наук. ^{[ 2 ]} такие как массо- и теплообмен, 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 техники, 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 тканеинженерные органы . ^{[ 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, аэрокосмическая инженерия и другие космические технологии с кинетикой и астрофизикой ). ^{[ нужна ссылка ]}

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 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. В том же году Вольф окончил университет и стал директором отдела биологической инженерии. 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 ссылка ]}

Первая программа биологической инженерии в США была начата в Калифорнийском университете в Сан-Диего в 1966 году. ^{[ 11 ]} Более поздние программы были запущены в MIT. ^{[ 12 ]} и Университет 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 ) до клеточного уровня. и тканевых систем (включая устройства и датчики), целых макроскопических организмов (растений, животных) и даже 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

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

Биомедицинская инженерия : применение инженерных принципов и концепций проектирования в медицине и биологии в целях здравоохранения. ^{[ 17 ]}
Биохимическая инженерия : инженерия ферментации, применение инженерных принципов к микроскопическим биологическим системам, которые используются для создания новых продуктов путем синтеза, включая производство белка из подходящего сырья. ^{[ 17 ]}
Инженерия биологических систем : применение инженерных принципов и концепций проектирования в сельском хозяйстве, пищевых науках и экосистемах. ^{[ 7 ]}
Биотехнологическая инженерия : разрабатывает технологии для мониторинга условий, в которых происходит конкретный процесс, ^{[ 17 ]} (Пример: проектирование биопроцессов, биокатализ , биосепарация, биоэнергетика )
Инженерия гигиены окружающей среды : применение инженерных принципов для контроля окружающей среды для здоровья, комфорта и безопасности людей. Сюда входит область систем жизнеобеспечения для освоения космического пространства и океана. ^{[ 17 ]}
Человеческий фактор и эргономика : применение инженерии, физиологии и психологии для оптимизации взаимоотношений человека и машины. ^{[ 17 ]} (Пример: физическая эргономика , когнитивная эргономика , взаимодействие человека и компьютера )
Биотехнология : использование живых систем и организмов для разработки или производства продуктов. ^{[ 18 ]} (Пример: фармацевтика, биоинформатика , генная инженерия .) ^{[ 17 ]}

Биомиметика : имитация моделей, систем и элементов природы с целью решения сложных человеческих проблем. (Пример: застежка-липучка, разработанная после того, как Жорж де Местраль заметил, как легко прилипают к шерсти собаки боры.) ^{[ 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, ориентированная больше на робототехнику и вспомогательные технологии. (Пример: протезирование) ^{[ 17 ]}
Биопечать : использование биоматериалов для печати органов и новых тканей. ^{[ 21 ]}
Биороботика : (Пример: электрическое протезирование)
Системная биология : молекулы, клетки, органы и организмы исследуются с точки зрения их взаимодействия и поведения. ^{[ 22 ]}

Организации

Совет по аккредитации техники и технологий (ABET), ^{[ 23 ]} Американская комиссия по аккредитации программ бакалавриата в области инженерии проводит различие между биомедицинской инженерией и биологической инженерией, хотя между ними много совпадений (см. Выше).
Американский институт медицинской и биологической инженерии (AIMBE) состоит из 1500 членов. Их главная цель — информировать общественность о значении биологической инженерии в нашем мире, а также инвестировать в исследования и другие программы для развития этой области. Они вручают награды тем, кто занимается инновациями в этой области, а также награды за достижения в этой области. (Они не вносят прямого вклада в биологическую инженерию, они больше признают тех, кто это делает, и поощряют общественность продолжать это движение вперед). ^{[ 24 ]}
Институт биологической инженерии (ИБИ) — некоммерческая организация, существующая исключительно за счет пожертвований. Они направлены на то, чтобы побудить общественность учиться и продолжать достижения в области биологической инженерии. (Как и AIMBE, они не проводят исследования напрямую, однако предлагают стипендии студентам, подающим надежды в этой области). ^{[ 25 ]}
Общество биологической инженерии (SBE) — это технологическое сообщество, связанное с Американским институтом инженеров-химиков (AIChE). SBE проводит международные конференции и представляет собой глобальную организацию ведущих инженеров и ученых, занимающуюся продвижением интеграции биологии с инженерией. ^{[ 26 ]}
MediUnite Journal — это медицинская информационная кампания и газета, которая часто публикует биомедицинские результаты и цитирует биомедицину в различных исследовательских работах. ^{[ 27 ]}

Ссылки

^ Абрамовиц, Мелисса (2015). Биологическая инженерия . Издательство АБДО. п. 10. ISBN 978-1-62968-526-7 .
^ 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 .
^ «Что такое биоинженерия?» . bioeng.berkeley.edu . Проверено 21 июля 2018 г.
^ «MSB: О Мюнхенской школе биоинженерии» . www.bioengineering.tum.de . Архивировано из оригинала 03 февраля 2020 г. Проверено 3 февраля 2020 г.
^ 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 .
^ Шеффилд, Университет. «Что такое биоинженерия? - Биоинженерия - Университет Шеффилда» . www.sheffield.ac.uk . Проверено 21 июля 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б 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 )
^ 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
^ Медицинская и биологическая инженерия . Оксфорд; Нью-Йорк: Пергамон Пресс. 1966–1976.
^ Наик, Ганеш Р., изд. (2012). Прикладная биологическая инженерия: принципы и практика . Риека: ИнТех. ISBN 9789535104124 .
^ «Основатель биоинженерной программы UCSD» . jacobsschool.ucsd.edu. 1 марта 2004 г. Проверено 22 мая 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б «MIT, факультет биологической инженерии» . Проверено 16 апреля 2015 г.
^ «Университет штата Юта, факультет биологической инженерии» . be.usu.edu . Проверено 13 ноября 2011 г.
^ «Справочник MIT, Дуг Лауффенбургер» . Проверено 15 апреля 2015 г.
^ Линсенмайер Р.А., Определение учебной программы бакалавриата по биомедицинской инженерии
^ Джонсон А.Т., Филлипс В.М. (1995). «Философские основы биологической инженерии» . Журнал инженерного образования . 1995 (84): 311–318. дои : 10.1002/j.2168-9830.1995.tb00185.x .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Биоинженерия» . Британская энциклопедия .
^ «Конвенция о биологическом разнообразии» . 13 мая 2016 года . Проверено 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 . Проверено 15 февраля 2023 г.
^ «Биопечать» . Проверено 1 мая 2018 г.
^ «Системная биология | Британика» . www.britanica.com . Проверено 15 февраля 2023 г.
^ Аккредитация ABET , по состоянию на 8 сентября 2010 г.
^ «О странице AIMBE» .
^ «Институт биологической инженерии» . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Общество биологической инженерии» . 28 февраля 2012 года . Проверено 21 августа 2019 г.
^ «МедиЮнит» . www.mediunite.ca . Проверено 7 сентября 2023 г.

Внешние ссылки

[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.

[:4-7] Jump up to: ^а ^б 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 )

[Cuello-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

[:1-9] Медицинская и биологическая инженерия . Оксфорд; Нью-Йорк: Пергамон Пресс. 1966–1976.

[:0-10] 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.

[MIT-Dept-12] Jump up to: ^а ^б «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.

[Linsenmeier-15] Линсенмайер Р.А., Определение учебной программы бакалавриата по биомедицинской инженерии

[johnson95-16] Джонсон А.Т., Филлипс В.М. (1995). «Философские основы биологической инженерии» . Журнал инженерного образования . 1995 (84): 311–318. дои : 10.1002/j.2168-9830.1995.tb00185.x .

[:2-17] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «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 | Британика» . www.britanica.com . Проверено 15 февраля 2023 г.

[ABET-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.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

v т и Темы, связанные с биологией
Index
People and history	Biologist Notable biologists History of biology Nobel Prize in Physiology or Medicine Timeline of biology and organic chemistry List of geneticists and biochemists
Institutions, publications	Bachelor of Science Publications
Terms and phrases	Omne vivum ex ovo In vivo In vitro In utero In silico
Related disciplines	Medicine (Physician) Physical anthropology Environmental science Life Sciences Biotechnology
Other	List of conservation topics Altricial and Precocial development strategies

Базы данных авторитетного контроля
National	Israel United States Czech Republic
Other	NARA