Ingeniería biológica

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La ingeniería biológica o bioingeniería es la aplicación de los principios de la biología y las herramientas de la ingeniería para crear productos utilizables, tangibles y económicamente viables. ^[1] La ingeniería biológica emplea el conocimiento y la experiencia de una serie de 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 , la termodinámica y la ciencia de polímeros . Se utiliza en el diseño de dispositivos médicos , equipos de diagnóstico , materiales biocompatibles , energía renovable , ingeniería ecológica , ingeniería agrícola , ingeniería de procesos y catálisis , y otras áreas que mejoran el nivel de vida de las sociedades.

Entre los ejemplos de investigación en bioingeniería se incluyen las bacterias diseñadas para producir sustancias químicas, la nueva tecnología de imágenes médicas , los dispositivos portátiles y rápidos de diagnóstico de enfermedades, las prótesis , los productos biofarmacéuticos y los órganos diseñados mediante ingeniería de tejidos . ^{[3] [4]} La bioingeniería se superpone sustancialmente con la biotecnología y las ciencias biomédicas de una manera análoga a cómo varias otras formas de ingeniería y tecnología se relacionan con varias otras ciencias (como la ingeniería aeroespacial y otras tecnologías espaciales , la cinética y la astrofísica ). ^{[ cita requerida ]}

En general, los ingenieros biológicos intentan imitar los sistemas biológicos para crear productos o modificar y controlar sistemas biológicos. Trabajando con médicos, clínicos e investigadores, los bioingenieros utilizan principios y técnicas de ingeniería tradicionales para abordar procesos biológicos, incluidas formas de reemplazar, aumentar, mantener o predecir procesos químicos y mecánicos. ^{[5] [6]}

La ingeniería biológica es una disciplina basada en la ciencia que se fundamenta en las ciencias biológicas de la misma manera que la ingeniería química , la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica ^[7] pueden basarse en la química, la electricidad y el magnetismo y la mecánica clásica , respectivamente. ^[8]

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 Investigación Médica . Wolff se graduó ese año y se convirtió en el director de la División de Ingeniería Biológica en Oxford . Esta fue la primera vez que la bioingeniería fue reconocida como una rama propia en una universidad. El enfoque inicial de esta disciplina fue la ingeniería eléctrica debido al trabajo con dispositivos médicos y maquinaria durante esta época. ^[9]

Cuando los ingenieros y los biólogos empezaron a trabajar juntos, se dieron cuenta de que los ingenieros no sabían lo suficiente sobre la biología real que había 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 una zona. Dado que otras disciplinas de ingeniería también abordan los organismos vivos , el término ingeniería biológica se puede aplicar de forma más amplia para incluir la ingeniería agrícola . ^{[ cita requerida ]}

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 la Universidad Estatal de Utah . ^[13] Muchos departamentos antiguos 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 amplia base 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 basados ​​en tejidos (incluidos dispositivos y sensores), hasta organismos macroscópicos completos (plantas, animales) e incluso a biomas y ecosistemas.

La duración media de los estudios es de tres a cinco años y el título obtenido se considera una licenciatura en ingeniería ( BS en ingeniería). Los cursos fundamentales incluyen termodinámica, biomecánica, biología, ingeniería genética, dinámica de fluidos y mecánica, cinética química y enzimática, electrónica y propiedades de los materiales. ^{[15] [16]}

Dependiendo de la institución y los límites de definición particulares empleados, algunas ramas principales 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 de tejidos
  • Ingeniería neuronal
  • Ingeniería farmacéutica
  • Ingeniería clínica
  • Biomecánica
• 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 la alimentación y los ecosistemas. ^[7]
• Ingeniería de bioprocesos : desarrollar tecnología para monitorear las condiciones en las que se lleva a cabo un proceso en particular, ^[17] (Ej.: diseño de bioprocesos, biocatálisis , bioseparación, bioenergía )
• Ingeniería de salud ambiental : aplicación de principios de ingeniería para controlar el medio ambiente en beneficio de la salud, el confort y la seguridad de los seres humanos. Incluye el campo de los sistemas de soporte vital para la exploración del espacio exterior y el océano. ^[17]
• Factores humanos e ingeniería ergonómica : aplicación de la ingeniería, la fisiología y la psicología a la optimización de la relación hombre-máquina. ^[17] (Ej.: ergonomía física , ergonomía cognitiva , interacción hombre-computadora )
• Biotecnología : el uso de sistemas vivos y organismos para desarrollar o fabricar productos. ^[18] (Ej.: productos farmacéuticos, bioinformática , ingeniería genética ). ^[17]

• Biomimética : la imitación de modelos, sistemas y elementos de la naturaleza para resolver problemas humanos complejos. (Por ejemplo, el velcro, diseñado después de que George de Mestral notara con qué facilidad se pegaban las rebabas 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 biomedicina, enfocada más en la robótica y las tecnologías asistidas. (Ej.: prótesis) ^[17]
• Bioimpresión : utilización de biomateriales para imprimir órganos y nuevos tejidos ^[21]
• Biorrobótica : (Ej: prótesis eléctricas)
• Biología de sistemas : se investigan moléculas, células, órganos y organismos en términos de sus interacciones y comportamientos. ^[22]

• 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 hay mucha superposición (ver arriba).
• El Instituto Americano de Ingeniería Médica y Biológica (AIMBE) está formado por 1.500 miembros. Su principal objetivo es educar al público sobre el valor que tiene la ingeniería biológica en nuestro mundo, así como invertir en investigación y otros programas para hacer avanzar el campo. Otorgan premios a quienes se dedican a la innovación en el campo y premios por logros en el campo. (No tienen una contribución directa a la ingeniería biológica; reconocen a quienes sí la tienen y alientan al público a continuar ese avance). ^[24]
• El Instituto de Ingeniería Biológica (IBE) es una organización sin fines de lucro que funciona únicamente con donaciones. Su objetivo es alentar al público a aprender y continuar con los avances en ingeniería biológica. (Al igual que AIMBE, no realizan investigaciones directamente; sin embargo, ofrecen becas a estudiantes que demuestran potencial en el campo). ^[25]
• La Sociedad de Ingeniería Biológica (SBE) es una comunidad tecnológica asociada al Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE). La SBE organiza conferencias internacionales y es una organización global de ingenieros y científicos líderes dedicados a promover la integración de la biología con la ingeniería. ^[26]
• MediUnite Journal es una campaña de concientización médica y un periódico que a menudo ha publicado hallazgos biomédicos y ha citado la biomedicina en varios artículos de investigación. ^[27]

• 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
• Sociedad de Ingeniería Biológica parte de AIChE
• Revista de ingeniería biológica, JBE
• Transacciones de ingeniería biológica
• Escuela de Bioingeniería de Múnich