Біоінженерія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Біоінженерія
Зображення
Частково збігається з технологія процесів
CMNS: Біоінженерія у Вікісховищі
Науково-дослідницька робота в лабораторії
Науково-дослідницька робота в лабораторії
Лабораторія
Лабораторія

Біологічна інженерія або біоінженерія (англ. bioengineering) — це галузь інженерії, яка зосереджена на застосуванні інженерних принципів і методів для вирішення проблем біології та медицини. Біоінженери використовують свої знання з біології, фізики, хімії та математики для розробки технологій, які покращують здоров’я та благополуччя людини.[1][2]

Біоінженерія охоплює широкий спектр тем, включаючи біоматеріали, генну, клітинну та тканинну інженерію, біомедичну візуалізацію, біомеханіку, біоінформатику та синтетичну біологію. Деякі приклади застосування біоінженерії включають розробку штучних органів, проектування протезів кінцівок, створення нових ліків і методів лікування та розробку технологій медичної візуалізації.

Біоінженерія — це міждисциплінарна галузь, яка базується на досвіді широкого кола дисциплін, включаючи біологію, медицину, фізику, хімію, матеріалознавство та інформатику. Це галузь, яка швидко розвивається, і може внести значний внесок у покращення здоров’я та добробуту людей.

Сфера діяльності біоінженерії простягається від створення штучних органів для компенсації знижених або втрачених фізіологічних функцій (біомедична інженерія) і до розробки генетично модифікованих організмів, наприклад, сільськогосподарських рослин і тварин (генетична інженерія), а також молекулярного конструювання сполук із заданими властивостями (білкова інженерія, інженерна ензимологія). У немедичних аспектах біоінженерія тісно стикається з біотехнологією.[3]

Загалом інженери-біологи намагаються або імітувати біологічні системи для створення продуктів, або модифікувати та контролювати біологічні системи. Працюючи з лікарями, клініцистами та дослідниками, біоінженери використовують традиційні інженерні принципи та методи для вирішення біологічних процесів, включаючи способи відновлення, підтримки, посилення, заміни або прогнозування хімічних і механічних процесів.[4][5]

Галузі

[ред. | ред. код]

Залежно від закладу та конкретних визначень, що використовуються, деякі основні галузі біоінженерії можна класифікувати як (зауважте, що вони можуть збігатися):

  1. Біомедична інженерія: застосування інженерних принципів і концепцій дизайну в медицині та біології для цілей охорони здоров’я.[6]
  2. Біохімічна інженерія: інженерія ферментації, застосування інженерних принципів до мікроскопічних біологічних систем, які використовуються для створення нових продуктів шляхом синтезу, включаючи виробництво білка з відповідної сировини.
  3. Інженерія біосистем: застосування інженерних принципів і концепцій проектування в сільському господарстві, харчових науках і екосистемах.
  4. Інженерія біопроцесів: розробляє технологію для моніторингу умов, де відбувається певний процес (Наприклад: проектування біопроцесів, біокаталіз, біосепарація, біоенергетика, біомолекулярна електроніка).
  5. Екологічна інженирія: застосування інженерних принципів для контролю навколишнього середовища для здоров’я, комфорту та безпеки людей. Вона включає в себе область систем життєзабезпечення для дослідження космічного простору та океану.
  6. Ергономічна інженерія: застосування інженерії, фізіології та психології для оптимізації відносин людина-машина. (Наприклад: фізична ергономіка, когнітивна ергономіка, взаємодія людини та комп’ютера)
  7. Біотехнологія: використання живих систем і організмів для розробки або виготовлення продуктів.
  8. Біоніка: інтеграція біомедицини, більше зосереджена на робототехніці та допоміжних технологіях. (Приклад: протезування)
  9. Біодрук: використання біоматеріалів для друку органів і нових тканин (див. також Тканинна інженерія, Органоїд).
  10. Біороботика: протези, нейропротезування, екзоскелет.
  11. Системна біологія: молекули, клітини, органи та організми досліджуються з точки зору їх взаємодії та поведінки.
  12. Біоміметика: імітація моделей, систем і елементів природи з метою вирішення складних проблем людини. (Приклад: липучки, розроблені після того, як Джордж де Местраль помітив, як легко бори прилипають до шерсті собаки).
  13. Біомеханічна інженерія: це застосування принципів машинобудування та біології для визначення того, як ці сфери пов’язані та як їх можна інтегрувати для потенційного покращення здоров’я людини.

Історія

[ред. | ред. код]

Термін «біоінженерія» був введений британським вченим і мовником Хайнцом Вольфом у 1954 році в Національному інституті медичних досліджень. Того року Вольф закінчив навчання і став директором відділу біологічної інженерії в університеті. Це був перший раз, коли біоінженерія була визнана власною галуззю в університеті. Електротехніка була першим напрямком цієї дисципліни через роботу з медичними пристроями та машинами в цей час.[7]

Коли інженери та вчені-біологи почали працювати разом, вони визнали, що інженери недостатньо знають про справжню біологію, що стоїть за їх роботою. Щоб вирішити цю проблему, інженери, які хотіли займатися біологічною інженерією, приділяли більше часу вивченню процесів біології, психології та медицини.[8]

Перша програма біологічної інженерії в Сполучених Штатах була розпочата в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго в 1966 році [9] Останні програми були запущені в MIT [10] та Університеті штату Юта . [11] Багато старих факультетів сільськогосподарської інженерії в університетах по всьому світу перейменували себе в сільськогосподарську та біологічну інженерію або сільськогосподарську та біосистемну інженерію. За словами професора Дага Лауффенбургера з Массачусетського технологічного інституту, [10] [12] біологічна інженерія має широку основу, яка застосовує інженерні принципи до величезного діапазону розмірів і складності систем, починаючи від молекулярного рівня (молекулярна біологія, біохімія, мікробіологія, фармакологія, білкова хімія, цитологія, імунологія, нейробіологія та нейронаука) до клітинних і тканинних систем (включаючи пристрої та сенсори), до цілих макроскопічних організмів (рослин, тварин) і навіть до біомів та екосистем.

Див. також

[ред. | ред. код]

Джерела

[ред. | ред. код]
  • Біоінженерія: [підручник] / Нац. ун-т біоресурсів і природокористування України; Кляченко О. Л., Мельничук М. Д., Коломієць Ю. В. - Київ; Вінниця: Нілан, 2015. - 457 с.: рис. - Бібліогр.: с. 455-456

Додаткова літертура

[ред. | ред. код]

Книги

[ред. | ред. код]

Журнали

[ред. | ред. код]

Посилання

[ред. | ред. код]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. Abramovitz, Melissa (2015). Biological engineering. Gale Virtual Reference Library. с. 10. ISBN 978-1-62968-526-7.
  2. Herold, Keith; Bentley, William E.; Vossoughi, Jafar (2010). The Basics of Bioengineering Education. 26Th Southern Biomedical Engineering Conference, College Park, Maryland. с. 65. ISBN 9783642149979.
  3. Ширинский Владимир Павлович. Биоинженерия «Словарь нанотехнологичных терминов». РОСНАНО. Архів оригіналу за 4 вересня 2012. Процитовано 27 листопада 2011.
  4. Pasotti, Lorenzo; Zucca, Susanna (3 серпня 2014). Advances and Computational Tools towards Predictable Design in Biological Engineering. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2014: 369681. doi:10.1155/2014/369681. PMC 4137594. PMID 25161694.
  5. Sheffield, University of. What is bioengineering? - Bioengineering - The University of Sheffield. www.sheffield.ac.uk (брит.). Процитовано 21 липня 2018.
  6. Bioengineering | Britannica. www.britannica.com (англ.). Процитовано 20 лютого 2023.
  7. Medical & biological engineering. Oxford ; New York: Pergamon Press. 1966–1976.
  8. Naik, ред. (2012). Applied biological engineering : principles and practice. Rijeka: InTech. ISBN 9789535104124.
  9. Founder of UCSD Bioengineering Program. jacobsschool.ucsd.edu. 1 березня 2004. Процитовано 22 травня 2018.
  10. а б MIT, Department of Biological Engineering. Процитовано 16 квітня 2015.
  11. Utah State University, Department of Biological Engineering. be.usu.edu. Процитовано 13 листопада 2011.
  12. MIT Directory, Doug Lauffenburger. Процитовано 15 квітня 2015.