La ingeniería biológica o bioingeniería es la aplicación de principios de la biología y las herramientas de la ingeniería para crear productos utilizables, tangibles y económicamente viables. [1] La ingeniería biológica emplea conocimientos y experiencia de varias ciencias puras y aplicadas, [2] como la transferencia de masa y calor, la cinética, los biocatalizadores, la biomecánica, la bioinformática , los procesos de separación y purificación, el diseño de biorreactores, la ciencia de superficies, la mecánica de fluidos, termodinámica y ciencia de los polímeros. Se utiliza en el diseño de dispositivos médicos, equipos de diagnóstico, materiales biocompatibles, energías renovables, ingeniería ecológica, ingeniería agrícola, ingeniería de procesos y catálisis, y otras áreas que mejoran el nivel de vida de las sociedades.
En general, los ingenieros biológicos intentan imitar sistemas biológicos para crear productos o modificar y controlar sistemas biológicos. Al trabajar con médicos, clínicos e investigadores, los bioingenieros utilizan principios y técnicas de ingeniería tradicionales para abordar procesos biológicos, incluidas formas de reemplazar, aumentar, sostener o predecir procesos químicos y mecánicos. [5] [6]
Antes de la Segunda Guerra Mundial, la ingeniería biológica había comenzado a ser reconocida como una rama de la ingeniería y era un concepto nuevo para la gente. Después de la Segunda Guerra Mundial, creció más rápidamente y el término "bioingeniería" fue acuñado por el científico y locutor británico Heinz Wolff en 1954 en el Instituto Nacional de Investigaciones Médicas. Wolff se graduó ese año y se convirtió en director de la División de Ingeniería Biológica de la universidad. Esta fue la primera vez que se reconoció la Bioingeniería como una rama propia en una universidad. La ingeniería eléctrica fue el foco inicial de esta disciplina, debido al trabajo con dispositivos y maquinaria médicos durante este tiempo. [9]
Cuando los ingenieros y los científicos de la vida comenzaron a trabajar juntos, reconocieron que los ingenieros no sabían lo suficiente sobre la biología real detrás de su trabajo. Para resolver este problema, los ingenieros que querían dedicarse a la ingeniería biológica dedicaron más tiempo a estudiar los procesos de la biología, la psicología y la medicina. [10]
Más recientemente, el término ingeniería biológica se ha aplicado a modificaciones ambientales como la protección de la superficie del suelo, la estabilización de pendientes, la protección de cursos de agua y costas, cortavientos, barreras vegetales, incluidas barreras acústicas y pantallas visuales, y la mejora ecológica de un área. Debido a que otras disciplinas de la ingeniería también abordan organismos vivos , el término ingeniería biológica se puede aplicar de manera más amplia para incluir la ingeniería agrícola . [ cita necesaria ]
El primer programa de ingeniería biológica en los Estados Unidos se inició en la Universidad de California, San Diego, en 1966. [11] Se han lanzado programas más recientes en el MIT [12] y en la Universidad Estatal de Utah . [13] Muchos antiguos departamentos de ingeniería agrícola en universidades de todo el mundo se han rebautizado como ingeniería agrícola y biológica o ingeniería agrícola y de biosistemas . Según el profesor Doug Lauffenburger del MIT, [12] [14] la ingeniería biológica tiene una base amplia que aplica principios de ingeniería a una enorme gama de tamaños y complejidades de sistemas, que van desde el nivel molecular ( biología molecular , bioquímica , microbiología , farmacología , química de proteínas , citología , inmunología , neurobiología y neurociencia ) hasta sistemas celulares y tisulares (incluidos dispositivos y sensores), organismos macroscópicos completos (plantas, animales) e incluso biomas y ecosistemas.
Educación
La duración promedio de los estudios es de tres a cinco años, y el título completado se considera una licenciatura en ingeniería ( licenciatura en ingeniería). Los cursos fundamentales incluyen termodinámica, biomecánica, biología, ingeniería genética, dinámica mecánica y de fluidos, cinética química y enzimática, electrónica y propiedades de materiales. [15] [16]
Subdisciplinas
Modelado de la propagación de enfermedades utilizando autómatas celulares e interacciones con vecinos más cercanos
Dependiendo de la institución y los límites de definición particulares empleados, algunas ramas importantes de la bioingeniería pueden clasificarse como (tenga en cuenta que pueden superponerse):
Ingeniería biomédica : aplicación de principios de ingeniería y conceptos de diseño a la medicina y la biología con fines sanitarios. [17]
Ingeniería bioquímica : ingeniería de fermentación, aplicación de principios de ingeniería a sistemas biológicos microscópicos que se utilizan para crear nuevos productos mediante síntesis, incluida la producción de proteínas a partir de materias primas adecuadas. [17]
Ingeniería de sistemas biológicos : aplicación de principios de ingeniería y conceptos de diseño a la agricultura, las ciencias de los alimentos y los ecosistemas. [7]
Ingeniería de bioprocesos : desarrolla tecnología para monitorear las condiciones de donde tiene lugar un proceso particular, [17] (Ej: diseño de bioprocesos, biocatálisis , bioseparación, bioenergía )
Ingeniería de salud ambiental : aplicación de principios de ingeniería al control del medio ambiente para la salud, el confort y la seguridad de los seres humanos. Incluye el ámbito de los sistemas de soporte vital para la exploración del espacio ultraterrestre y del océano. [17]
Biomimética : la imitación de modelos, sistemas y elementos de la naturaleza con el fin de resolver problemas humanos complejos. (Ejemplo: velcro, diseñado después de que George de Mestral notara la facilidad con la que las fresas se pegaban al pelo de un perro). [19]
Ingeniería bioeléctrica
Ingeniería biomecánica : es la aplicación de los principios de la ingeniería mecánica y la biología para determinar cómo se relacionan estas áreas y cómo pueden integrarse para mejorar potencialmente la salud humana. [20]
Biónica : una integración de la Biomédica, centrada más en la robótica y las tecnologías asistidas. (Ej: prótesis) [17]
Bioimpresión : utilización de biomateriales para imprimir órganos y nuevos tejidos [21]
Biología de sistemas : se investigan moléculas, células, órganos y organismos en términos de sus interacciones y comportamientos. [22]
Organizaciones
La Junta de Acreditación de Ingeniería y Tecnología (ABET), [23] la junta de acreditación con sede en EE. UU. para programas de licenciatura en ingeniería, hace una distinción entre ingeniería biomédica e ingeniería biológica, aunque existe mucha superposición (ver arriba).
American Institute for Medical and Biological Engineering (AIMBE) is made up of 1,500 members. Their main goal is to educate the public about the value biological engineering has in our world, as well as invest in research and other programs to advance the field. They give out awards to those dedicated to innovation in the field, and awards of achievement in the field. (They do not have a direct contribution to biological engineering, they more recognize those who do and encourage the public to continue that forward movement).[24]
Institute of Biological Engineering (IBE) is a non-profit organization, they run on donations alone. They aim to encourage the public to learn and to continue advancements in biological engineering. (Like AIMBE, they do not perform research directly; however, they offer scholarships to students who show promise in the field).[25]
Society for Biological Engineering (SBE) is a technological community associated with the American Institute of Chemical Engineers (AIChE). SBE hosts international conferences, and is a global organization of leading engineers and scientists dedicated to advancing the integration of biology with engineering.[26]
MediUnite Journal is a medical awareness campaign and newspaper that has often published biomedical findings and has cited biomedicine in various research papers.[27]
References
^Abramovitz, Melissa (2015). Biological engineering. ABDO Publishing Company. p. 10. ISBN 978-1-62968-526-7.
^Herold, Keith; Bentley, William E.; Vossoughi, Jafar (2010). The Basics of Bioengineering Education. 26th Southern Biomedical Engineering Conference. College Park, Maryland: Springer. p. 65. ISBN 9783642149979.
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^ "Biología de sistemas | Británica". www.britannica.com . Consultado el 15 de febrero de 2023 .
^ Acreditación ABET, consultado el 8 de septiembre de 2010.
^ "AIMBE Acerca de la página".
^ "Instituto de Ingeniería Biológica" . Consultado el 20 de abril de 2018 .
^ "La Sociedad de Ingeniería Biológica". 28 de febrero de 2012 . Consultado el 21 de agosto de 2019 .
^ "MediUnite". www.mediunite.ca . Consultado el 7 de septiembre de 2023 .
enlaces externos
Sociedad de Bioingeniería
Sociedad de Ingeniería Biomédica
Instituto de Ingeniería Biológica
Instituto Benjoe de Ingeniería Biológica de Sistemas
Instituto Americano de Ingeniería Médica y Biológica
Sociedad Estadounidense de Ingenieros Agrícolas y Biológicos