Biologisk teknik - Biological engineering

Några biologiska maskiner

Biologisk teknik eller bioteknik är tillämpningen av biologins principer och teknikens verktyg för att skapa användbara, påtagliga, ekonomiskt livskraftiga produkter. Biologisk teknik använder kunskap och expertis från ett antal rena och tillämpade vetenskaper, såsom massa- och värmeöverföring, kinetik, biokatalysatorer, biomekanik, bioinformatik , separations- och reningsprocesser, bioreaktordesign, ytvetenskap, vätskemekanik, termodynamik och polymervetenskap. Den används vid design av medicinsk utrustning, diagnostisk utrustning, biokompatibla material, förnybar energi, ekologisk teknik, jordbruksteknik, processteknik och katalys och andra områden som förbättrar samhällets levnadsstandard.

Exempel på forskning inom bioteknik inkluderar bakterier konstruerade för att producera kemikalier, ny medicinsk bildteknik , bärbara och snabba diagnosanordningar för sjukdomar, proteser , biofarmaka och vävnadstekniska organ . Bioingenjör överlappar väsentligt med bioteknik och biomedicinska vetenskaper på ett sätt som är analogt med hur olika andra former av teknik och teknik förhåller sig till olika andra vetenskaper (såsom rymdteknik och annan rymdteknik till kinetik och astrofysik ).

I allmänhet försöker biologiska ingenjörer antingen efterlikna biologiska system för att skapa produkter, eller att modifiera och kontrollera biologiska system. Bioingenjörer arbetar med läkare, kliniker och forskare och använder traditionella tekniska principer och tekniker för att hantera biologiska processer, inklusive sätt att ersätta, förstärka, upprätthålla eller förutsäga kemiska och mekaniska processer.

Historia

Biologisk teknik är en vetenskapsbaserad disciplin baserad på biologiska vetenskaper på samma sätt som kemiteknik , elektroteknik och maskinteknik kan baseras på kemi, elektricitet och magnetism respektive klassisk mekanik.

Före andra världskriget hade biologisk teknik börjat erkännas som en gren av teknik och var ett nytt koncept för människor. Efter andra världskriget växte det snabbare och termen "bioingenjör" myntades av den brittiska forskaren och sändaren Heinz Wolff 1954 vid National Institute for Medical Research. Wolff tog examen det året och blev direktör för avdelningen för biologisk teknik vid universitetet. Detta var första gången Bioengineering erkändes som sin egen filial vid ett universitet. Elektroteknik var tidigt fokus för denna disciplin, på grund av arbete med medicinsk utrustning och maskiner under denna tid.

När ingenjörer och livsvetare började arbeta tillsammans insåg de att ingenjörerna inte visste tillräckligt om den faktiska biologin bakom deras arbete. För att lösa detta problem ägnade ingenjörer som ville gå in i biologisk teknik mer tid åt att studera processerna inom biologi, psykologi och medicin.

På senare tid har termen biologisk teknik tillämpats på miljöförändringar som ytjordskydd, sluttningsstabilisering, vattendrag och strandskydd, vindskydd, växtbarriärer inklusive buller och visuella skärmar och den ekologiska förbättringen av ett område. Eftersom andra tekniska discipliner också vänder sig till levande organismer , kan termen biologisk teknik tillämpas mer brett för att omfatta jordbruksteknik .

Det första biologiska ingenjörsprogrammet i USA startades vid University of California, San Diego 1966. Nyare program har lanserats vid MIT och Utah State University . Många gamla jordbruksingenjörsavdelningar vid universitet över hela världen har ommärkt sig som jordbruks- och biologisk teknik eller jordbruks- och biosystemteknik . Enligt professor Doug Lauffenburger från MIT har biologisk ingenjörsteknik en bred bas som tillämpar tekniska principer för ett enormt antal system och komplexitet, allt från molekylär nivå ( molekylärbiologi , biokemi , mikrobiologi , farmakologi , proteinkemi , cytologi , immunologi , neurobiologi och neurovetenskap ) till cellulära och vävnadsbaserade system (inklusive enheter och sensorer), till hela makroskopiska organismer (växter, djur) och till och med till biomer och ekosystem.

Utbildning

Den genomsnittliga längden på studien är tre till fem år, och examensvis betecknas som en Ingenjör ( BS i engineering). Grundläggande kurser inkluderar termodynamik, biomekanik, biologi, genteknik, vätske- och mekanisk dynamik, kinetik, elektronik och materialegenskaper.

Deldiscipliner

Modellering av sjukdomsutbredning med hjälp av Cellular Automata och närmaste granninteraktioner

Beroende på institutionen och de särskilda definitionsgränser som används kan vissa stora grenar av bioingenjör kategoriseras som (observera att dessa kan överlappa):

  • Biomedicinsk teknik : tillämpning av tekniska principer och designkoncept på medicin och biologi för hälso- och sjukvårdsändamål.
  • Biokemisk teknik : jäsningsteknik, tillämpning av tekniska principer på mikroskopiska biologiska system som används för att skapa nya produkter genom syntes, inklusive produktion av protein från lämpliga råvaror.
  • Biologisk systemteknik : tillämpning av tekniska principer och designkoncept på jordbruk, livsmedelsvetenskap och ekosystem.
  • Bioprocessteknik : utvecklar teknik för att övervaka villkoren för processen för tillverkning av läkemedel, (Ex: design av bioprocesser, biokatalys , bioseparation, bioinformatik , bioenergi )
  • Miljöhälsoteknik : tillämpning av tekniska principer för kontroll av miljön för människors hälsa, komfort och säkerhet. Det inkluderar området för livsstödssystem för utforskning av yttre rymden och havet.
  • Human-factors engineering: tillämpning av teknik, fysiologi och psykologi för att optimera förhållandet mellan människa och maskin.
  • Bioteknik : användning av levande system och organismer för att utveckla eller tillverka produkter. (Ex: läkemedel).
  • Biomimetik : imitation av modeller, system och naturelement för att lösa komplexa mänskliga problem. (Ex: kardborreband, designad efter att George de Mestral lagt märke till hur lätt burs fastnar på hundens hår).
  • Bioelektrisk teknik
  • Biomekanisk teknik
  • Bionics : en integration av Biomedical, fokuserade mer på robotik och assisterad teknik. (Ex: protes)
  • Bioprinting : använder biomaterial för att skriva ut organ och nya vävnader
  • Biorobotik : (Ex: protes)
  • Systembiologi : Studiet av biologiska system.

Organisationer

  • Ackrediteringsnämnden för teknik och teknik (ABET), USA-baserade ackrediteringsnämnden för tekniska BS-program, gör skillnad mellan biomedicinsk teknik och biologisk teknik, även om det finns mycket överlappning (se ovan).
  • American Institute for Medical and Biological Engineering (AIMBE) består av 1 500 medlemmar. Deras främsta mål är att utbilda allmänheten om det värde som biologisk teknik har i vår värld, samt investera i forskning och andra program för att främja området. De delar ut priser till dem som ägnar sig åt innovation på området och utmärkelser för prestationer inom området. (De har inget direkt bidrag till biologisk teknik, de känner mer igen dem som gör det och uppmuntrar allmänheten att fortsätta den framåtgående rörelsen).
  • Institute of Biological Engineering (IBE) är en ideell organisation, de driver bara donationer. De syftar till att uppmuntra allmänheten att lära sig och att fortsätta framsteg inom biologisk teknik. (Liksom AIMBE gör de inte forskning direkt, men de erbjuder stipendier till studenter som visar löften på området).
  • Society for Biological Engineering (SBE) är ett tekniskt samhälle som är associerat med American Institute of Chemical Engineers (AIChE). SBE är värd för internationella konferenser och är en global organisation av ledande ingenjörer och forskare som ägnar sig åt att främja integrationen av biologi med teknik.

Referenser

externa länkar