Биологическая инженерия - Biological engineering

Биологическая инженерия или биоинженерия - это применение принципов биологии и инженерных инструментов для создания пригодных для использования, материальных, экономически жизнеспособных продуктов. Биологическая инженерия использует знания и опыт ряда чистых и прикладных наук, таких как массо- и теплопередача, кинетика, биокатализаторы, биомеханика, биоинформатика , процессы разделения и очистки, конструкция биореакторов, наука о поверхности, механика жидкости, термодинамика и наука о полимерах. Он используется в разработке медицинских устройств, диагностического оборудования, биосовместимых материалов, возобновляемых источников энергии, экологической инженерии, сельскохозяйственной инженерии, технологических процессов и катализа, а также в других областях, которые повышают уровень жизни общества.

Примеры биоинженерных исследований включают бактерии, созданные для производства химикатов, новую технологию медицинской визуализации , портативные устройства для быстрой диагностики заболеваний, протезы , биофармацевтические препараты и тканевые органы . Биоинженерии перекрытий по существу с биотехнологии и биомедицинские науки в аналогично тому , как различные другие формы техники и технологии относятся к различным другим наукам (например, авиационно - космической техники и другой космической техники для кинетики и астрофизики ).

В общем, инженеры-биологи пытаются либо имитировать биологические системы для создания продуктов, либо модифицировать биологические системы и управлять ими. 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.

История

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

Перед Второй мировой войной биологическая инженерия стала признанной отраслью инженерии и была новой концепцией для людей. После Второй мировой войны она росла быстрее, и термин «биоинженерия» был придуман британским ученым и телеведущим Хайнцем Вольфом в 1954 году в Национальном институте медицинских исследований. Вольф окончил университет в том же году и стал директором отдела биологической инженерии. Это был первый раз, когда биоинженерия была признана отдельным филиалом в университете. Электротехника была ранним направлением этой дисциплины из-за работы с медицинскими приборами и оборудованием в то время.

Когда инженеры и ученые-биологи начали работать вместе, они поняли, что инженеры недостаточно разбираются в биологии, лежащей в основе их работы. Чтобы решить эту проблему, инженеры, которые хотели заняться биологической инженерией, посвятили больше времени изучению процессов биологии, психологии и медицины.

В последнее время термин «биологическая инженерия» применялся к изменениям окружающей среды, таким как защита поверхности почвы, стабилизация склонов, защита водотока и береговой линии, ветрозащитные полосы, растительные барьеры, включая шумовые барьеры и визуальные экраны, а также экологическое улучшение территории. Поскольку другие инженерные дисциплины также касаются живых организмов , термин «биологическая инженерия» может применяться в более широком смысле, включая сельскохозяйственную инженерию .

Первая программа биологической инженерии в Соединенных Штатах была начата в Калифорнийском университете в Сан-Диего в 1966 году. Более поздние программы были запущены в Массачусетском технологическом институте и Университете штата Юта . Многие старые факультеты 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, биологическая инженерия имеет широкую основу, 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 ) на клеточные и тканевые системы (включая устройства и датчики), на целые макроскопические организмы (растения, животные) и даже на биомы и экосистемы.

Образование

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

Субдисциплины

Моделирование распространения болезней с использованием клеточных автоматов и взаимодействий ближайшего соседа

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

Организации

  • Совет по аккредитации инженерии и технологий (ABET), американский совет по аккредитации программ бакалавриата, проводит различие между биомедицинской инженерией и биологической инженерией, хотя во многом они частично совпадают (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 вручают награды тем, кто привержен инновациям в этой области, и награды за достижения в этой области. (У них нет прямого вклада в биологическую инженерию, они больше признают тех, кто делает это, и поощряют общественность продолжать это движение вперед).
  • Институт биологической инженерии (IBE) - некоммерческая организация, она работает только на пожертвования. Они нацелены на то, чтобы побудить общественность учиться и продолжать достижения в области биологической инженерии. (Как и AIMBE, они не проводят исследования напрямую; однако они предлагают стипендии студентам, которые подают надежды в этой области).
  • 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 продвигать интеграцию биологии с инженерией.

использованная литература

внешние ссылки