Биоинженерия

Биоинженерия или биологическая инженерия — направление науки и техники, развивающее применение инженерных принципов в биологии и медицине.

Некоторые биологические молекулярные машины

Биоинженерия (включая инженерию биологических систем) — это применение понятий и методов биологии (и, во вторую очередь, физики, химии, математики и информатики) для решения актуальных проблем, связанных с науками о живых организмах или их приложениями, с использованием аналитических и синтетических методологий инженерного дела, а также его традиционной чувствительности к стоимости и практичности найденных решений. В связи с этим, в то время как традиционное инженерное дело применяет физику и математику для анализа, проектирования и изготовления неживых инструментов, структур и , биологическая инженерия использует, в основном, быстро развивающуюся сферу молекулярной биологии для изучения и развития применения (живых организмов).

Сфера деятельности биоинженерии простирается от создания (искусственных органов) с помощью технических средств или поиска способов (выращивания органов и тканей) методами (регенеративной медицины) для компенсации пониженных либо утраченных физиологических функций (биомедицинская инженерия) и до разработки (генетически модифицированных организмов), например, сельскохозяйственных растений и животных (генетическая инженерия), а также молекулярного конструирования соединений с заданными свойствами (белковая инженерия, инженерная энзимология). В немедицинских аспектах биоинженерия тесно соприкасается с биотехнологией.

Особенно важным приложением биоинженерии является анализ и эффективное (в рамках затрат) решение проблем, связанных со здоровьем людей, однако, оно не единственное: биологическая инженерия охватывает намного большую сферу знаний. Например, (биомиметику) — ветвь биоинженерии, ищущую пути использования структур и функций живых организмов как моделей для разработки и изготовления машин и материалов. Системная биология, с другой стороны, занимается приложением инженерных представлений о сложных искусственных системах (возможно, также и понятий, используемых в «обратной разработке») для облегчения понимания структур и функций сложных биологических систем.

Отличить биологическую инженерию от биомедицинской инженерии бывает сложно, так как многие университеты свободно заменяют термины «биоинженерия» и «биомедицинская инженерия» друг на друга. Биомедицинские инженеры заинтересованы в применении биологии и других наук в медицинских инновациях, тогда как биологические инженеры сосредоточены на приложении биологии в общем смысле, не обязательно для медицинских нужд. Поэтому ни «биологическая», ни «биомедицинская» инженерия не содержат полностью друг друга, так как могут существовать «не-биологические» товары для медицинских нужд одновременно с «биологическими» товарами для не-медицинских нужд (к последним также относится инженерия биосистем).

История

Биологическая инженерия это научно основанная дисциплина, базирующаяся на биологии так же, как химическая технология, электротехника и машиностроение основаны на химии, электричестве и магнетизме, а также классической механике, соответственно.

Биологическую инженерию можно отделить от её основ в чистой биологии или областях инженерного дела. Биологические исследования часто следуют редукционистскому подходу в рассмотрении систем на мельчайшем возможном уровне, что естественным образом приводит их к таким инструментам, как функциональная геномика. Инженерные подходы, использующие классические концепции дизайна и разработки, являются конструкционистскими, поскольку направлены на создание новых устройств, методов и технологий из отдельных концепций. Биологическая инженерия использует оба типа подходов вместе, опираясь на редукционистские методы для обнаружения, понимания, и организации фундаментальных единиц, которые затем соединяются для генерации чего-то нового. В дополнение, так как это инженерная дисциплина, биологическая инженерия в своей основе рассматривает не просто науку, а практическое применение научных знаний для решения актуальных проблем с эффективным использованием затрат.

Несмотря на то, что спроектированные инженерные системы были использованы для контроля информации, создания материалов, обработки химикатов, производства энергии, обеспечения пищей, и помощи в поддержке и улучшении здоровья людей и окружающей среды, однако, наши возможности быстро и надежно создавать биологические системы с предсказуемым поведением в настоящее время не так хорошо развиты, как наше мастерство в механике и электричестве.

Аккредитационный совет по инженерному делу и технологии (англ. ABET), американская организация аккредитации инженерных бакалавриатских программ, разделяет биомедицинскую инженерию и биологическую инженерию, хотя эти дисциплины во многом пересекаются (см. выше). Базовые для этих дисциплин курсы часто одни и те же, включая термодинамику, механическую динамику, динамику жидкостей, кинетику, электронику, и материаловедение. Согласно профессору Дугу Лауфенбергеру (Daug Lauffenberger) из Массачусетского технологического института (США), биологическая инженерия (как биотехнология) имеет более широкую основу, которая прикладывает инженерные принципы к системам, громадно отличающимся в размере и сложности, начиная с молекулярного уровня — молекулярная биология, биохимия, микробиология, фармакология, , цитология, иммунология, нейробиология и (нейронаука) (часто, но не всегда с использованием биологических субстанций) — и заканчивая клеточными и тканевыми методами (включая устройства и датчики), целыми макроскопическими организмами (растения, животные), и даже целыми экосистемами.

Слово «биоинженерия» было придумано британским учёным и диктором ^[англ.] в 1954 году. Понятие биоинженерия также используется для описания использования растительности в (строительной инженерии). Это понятие также может относиться к таким изменениям окружающей среды, как защита поверхности почвы, укрепление склонов, защита водных потоков и береговых линий, ветрозащита, воздвижение растительных барьеров (включая шумовые барьеры и заслоняющие экраны), а также экологические улучшения. Первая программа биологической инженерии была создана в (США) в 1967 году. Более современные учебные программы были запущены в МТИ и (Университете штата Юта).

См. также

• Биомедицинская инженерия
• (Биомедицинские микроэлектромеханические системы)
• Генетическая инженерия
• (Инженерная биология)
• Синтетическая биология

Примечания

1. Ширинский В. П. Биоинженерия «Словарь нанотехнологичных терминов»  (неопр.). Роснано. Дата обращения: 27 ноября 2011. Архивировано 4 сентября 2012 года.
2. NIH working definition of bioengineering アーカイブされたコピー  (неопр.). Дата обращения: 9 сентября 2010. 12 мая 2008 года. accessed, 1/1/2007
3. Cuello JC, Engineering to biology and biology to engineering, The bi-directional connection between engineering and biology in biological engineering design, 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 от 26 октября 2015 на Wayback Machine,
5. Endy D, Foundations for engineering biology. Nature 438,449-4 2005, http://www.nature.com/nature/journal/v438/n7067/full/nature04342.html от 2 октября 2013 на Wayback Machine
6. ABET アーカイブされたコピー  (неопр.). Дата обращения: 8 сентября 2010. 26 марта 2010 года., accessed 9/8/2010.
7. Linsenmeier RA, Defining the Undergraduate Biomedical Engineering Curriculum http://www.vanth.org/curriculum/def_bme_curr.pdf от 6 октября 2018 на Wayback Machine
8. Johnson AT, Phillips WM: «Philosophical foundations of biological engineering». . 1995 , 84:311-318
9. http://web.mit.edu/be/index.shtml от 13 июля 2014 на Wayback Machine, 4/14/2011
10. http://web.mit.edu/be/people/lauffenburger.shtml от 10 июня 2013 на Wayback Machine, 4/14/2011
11. Candi Design Ltd. www.candidesign.co.uk. Professor Heinz Wolff  (неопр.). Heinzwolff.co.uk. Дата обращения: 13 ноября 2011. Архивировано 23 мая 2013 года.
12. Agricultural & Biological Engineering: History of the Department  (неопр.). Abe.msstate.edu. Дата обращения: 13 ноября 2011. Архивировано 23 мая 2013 года.
13. MIT | Department of Biological Engineering  (неопр.). Web.mit.edu. Дата обращения: 13 ноября 2011. Архивировано 23 мая 2013 года.
14. Biological Engineering  (неопр.). be.usu.edu. Дата обращения: 13 ноября 2011. Архивировано 23 мая 2013 года.

Ссылки

• Bioengineering // Merriam-Webster Online Dictionary, 2009. — www.merriam-webster.com/dictionary/bioengineering
• Сборник задач по инженерной биологии // SSRN, 2016. — 54 c. doi:10.2139/ssrn.2898429