Bioinženýrství

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 1. července 2019; kontroly vyžadují 6 úprav .

Bioinženýrství nebo biologické inženýrství  je odvětví vědy a techniky, které rozvíjí aplikaci inženýrských principů v biologii a medicíně [1] .

Bioinženýrství (včetně biologických systémových inženýrství) je aplikace konceptů a metod biologie (a sekundárně fyziky , chemie , matematiky a informatiky ) k řešení aktuálních problémů souvisejících s vědami o živých organismech nebo jejich aplikacemi pomocí analytických a syntetické metodologie , inženýrství , stejně jako jeho tradiční citlivost na cenu a praktičnost nalezených řešení. V tomto ohledu, zatímco tradiční inženýrství aplikuje fyziku a matematiku na analýzu, navrhování a výrobu neživých nástrojů, struktur a procesů , biologické inženýrství využívá hlavně rychle se rozvíjející oblast molekulární biologie ke studiu a vývoji aplikací živých organismů . .

Rozsah bioinženýrství sahá od vytváření umělých orgánů pomocí technických prostředků nebo hledání způsobů, jak pěstovat orgány a tkáně metodami regenerativní medicíny ke kompenzaci snížených nebo ztracených fyziologických funkcí (biomedicínské inženýrství) až po vývoj geneticky modifikovaných organismů , např. například zemědělské rostliny a zvířata ( genové inženýrství ), stejně jako molekulární design sloučenin s požadovanými vlastnostmi (proteinové inženýrství, inženýrská enzymologie). V nelékařských aspektech bioinženýrství úzce souvisí s biotechnologií [1] .

Zvláště důležitou aplikací bioinženýrství je analýza a nákladově efektivní řešení problémů lidského zdraví , není to však jediné: biologické inženýrství pokrývá mnohem širší oblast znalostí. Například biomimetika  je odvětví bioinženýrství, které hledá způsoby, jak využít struktury a funkce živých organismů jako modely pro návrh a výrobu strojů a materiálů. Systémová biologie se na druhé straně zabývá aplikací inženýrských konceptů komplexních umělých systémů (možná také konceptů používaných v „ reverzním inženýrství “) k usnadnění pochopení struktur a funkcí komplexních biologických systémů.

Rozlišení biologického inženýrství od biomedicínského inženýrství může být obtížné, protože mnoho univerzit volně zaměňuje pojmy „bioinženýrství“ a „biomedicínské inženýrství“ [2] . Biomedicínští inženýři se zajímají o aplikaci biologie a dalších věd na lékařské inovace, zatímco biologičtí inženýři se zaměřují na aplikaci biologie v obecném smyslu, ne nutně pro lékařské účely. Proto se ani „biologické“ ani „biomedicínské“ inženýrství navzájem plně neobsahují, protože „nebiologické“ zboží pro lékařské potřeby může existovat současně s „biologickým“ zbožím pro potřeby nelékařské (druhé zahrnuje také biosystémové inženýrství).

Historie

Biologické inženýrství je vědecky založená disciplína založená na biologii stejně jako chemické inženýrství, elektrotechnika a strojírenství jsou založeny na chemii, elektřině a magnetismu, respektive klasické mechanice [3] .

Biologické inženýrství může být odděleno od jeho základů v čisté biologii nebo inženýrských oborech. Biologický výzkum často sleduje redukcionistický přístup při zvažování systémů na nejmenší možné úrovni, což je přirozeně vede k nástrojům, jako je funkční genomika. Inženýrské přístupy, které využívají klasické koncepty designu a vývoje, jsou konstruktivní v tom, že jejich cílem je vytvářet nová zařízení, metody a technologie ze samostatných konceptů. Biologické inženýrství využívá oba typy přístupů společně a spoléhá na redukcionistické metody k objevování, pochopení a organizování základních jednotek, které se pak spojí, aby vytvořily něco nového [4] . Kromě toho, protože se jedná o inženýrskou disciplínu, biologické inženýrství v zásadě není jen věda, ale praktická aplikace vědeckých poznatků k řešení problémů reálného světa nákladově efektivním způsobem.

Přestože se inženýrské systémy používají k řízení informací, vytváření materiálů, zpracování chemikálií, výrobě energie, poskytování potravin a pomáhají udržovat a zlepšovat lidské zdraví a životní prostředí, naše schopnost rychle a spolehlivě vytvářet biologické systémy s předvídatelným chováním v současnosti není stejně rozvinuté jako naše dovednosti v oblasti mechaniky a elektřiny [5] .

Accreditation Council for Engineering and Technology ( ABET [6] ), americká akreditační organizace pro vysokoškolské inženýrské programy ,  rozlišuje mezi biomedicínským inženýrstvím a biologickým inženýrstvím, i když se disciplíny do značné míry překrývají (viz výše). Základní kurzy pro tyto disciplíny jsou často stejné, včetně termodynamiky, mechanické dynamiky, dynamiky tekutin, kinetiky, elektroniky a nauky o materiálech [7] [8] . Podle profesora Dauga Lauffenbergera z Massachusetts Institute of Technology (USA) [9] [10] má biologické inženýrství (jako biotechnologie ) širší rámec, který aplikuje inženýrské principy na systémy značně odlišné velikosti a složitosti, počínaje molekulární úrovní – molekulární biologie , biochemie , mikrobiologie , farmakologie , proteinová chemie , cytologie , imunologie , neurobiologie a neurověda (často, ale ne vždy využívající biologické látky) - a konče buněčnými a tkáňovými metodami (včetně přístrojů a senzorů), celé makroskopické organismy ( rostliny, zvířata) a dokonce celé ekosystémy.

Slovo „bioinženýrství“ bylo vytvořeno britským vědcem a řečníkem Heinzem Wolffem v roce 1954 [11] . Pojem bioinženýrství se také používá k popisu využití vegetace ve stavebním inženýrství . Může také odkazovat na změny životního prostředí, jako je ochrana povrchu půdy, stabilizace svahů, ochrana toků a pobřeží, větrolamy, rostlinné bariéry (včetně protihlukových bariér a clon) a zlepšení životního prostředí. První program biologického inženýrství byl vytvořen na University of Mississippi (USA) v roce 1967 [12] . Na MIT [13] a University of Utah [14] byly zavedeny modernější učební plány .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Shirinsky V.P. Bioinženýrství "Slovník nanotechnologických termínů" . Rosnano . Získáno 27. listopadu 2011. Archivováno z originálu 4. září 2012.
  2. ↑ Pracovní definice bioinženýrství NIHアーカイブされたコピー. Získáno 9. září 2010. Archivováno z originálu 12. května 2008. přístup, 1.1.2007
  3. ↑ Cuello JC, Inženýrství k biologii a biologie k inženýrství, Obousměrné spojení mezi inženýrstvím a biologií v biologickém inženýrství, Int J Engng Ed 2005, 21, 1-7
  4. ↑ Riley MR, Introducing Journal of Biological Engineering, Journal of Biological Engineering 1,1, 2007, http://www.jbioleng.org Archivováno 26. října 2015 na Wayback Machine .
  5. ↑ Endy D, Základy inženýrské biologie. Nature 438,449-4 2005, http://www.nature.com/nature/journal/v438/n7067/full/nature04342.html Archivováno 2. října 2013 na Wayback Machine
  6. ↑ ABETアーカイブされたコピー. Získáno 8. září 2010. Archivováno z originálu 26. března 2010. , vloženo 8.9.2010.
  7. ↑ Linsenmeier RA, Defining the Undergraduate Biomedical Engineering Curriculum http://www.vanth.org/curriculum/def_bme_curr.pdf Archivováno 6. října 2018 na Wayback Machine
  8. ↑ Johnson AT, Phillips WM: „Filosofické základy biologického inženýrství“. Journal of Engineering Education . 1995, 84:311-318
  9. ↑ http://web.mit.edu/be/index.shtml Archivováno 13. července 2014 na Wayback Machine , 14. 4. 2011
  10. ↑ http://web.mit.edu/be/people/lauffenburger.shtml Archivováno 10. června 2013 na Wayback Machine , 14. 4. 2011
  11. ↑ Candi Design Ltd. www.candidesign.co.uk. Profesor Heinz Wolff . Heinzwolf.co.uk. Získáno 13. listopadu 2011. Archivováno z originálu dne 23. května 2013.
  12. ↑ Zemědělské a biologické inženýrství: Historie katedry . abe.msstate.edu. Získáno 13. listopadu 2011. Archivováno z originálu dne 23. května 2013.
  13. ↑ MIT | Ústav biologického inženýrství . Web.mit.edu. Získáno 13. listopadu 2011. Archivováno z originálu dne 23. května 2013.
  14. ↑ Biologické inženýrství . be.usu.edu. Získáno 13. listopadu 2011. Archivováno z originálu dne 23. května 2013.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Bioinženýrství
Oblasti bioinženýrství
Související články
Vědci
Popularizátory