Ingeniería biológica

La ingeniería biológica o bioingeniería es la aplicación de los principios de la biología y las herramientas de la ingeniería para crear productos útiles, tangibles y económicamente viables. ^{[ 1 ]} La ingeniería biológica emplea conocimientos y experiencia de diversas ciencias puras y aplicadas, ^{[ 2 ]} tales como transferencia de masa y calor , cinética , biocatalizadores , biomecánica , bioinformática , procesos de separación y purificación , diseño de biorreactores , ciencia de superficies , mecánica de fluidos , termodinámica y ciencia de 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.

Ejemplos de investigación en bioingeniería incluyen bacterias modificadas genéticamente para producir sustancias químicas, nuevas tecnologías de imágenes médicas , dispositivos portátiles y rápidos para el diagnóstico de enfermedades, prótesis , biofármacos y órganos de ingeniería tisular . ^{[ 3 ] [ 4 ]} La bioingeniería se superpone sustancialmente con la biotecnología y las ciencias biomédicas de manera análoga a como otras formas de ingeniería y tecnología se relacionan con otras ciencias (como la ingeniería aeroespacial y otras tecnologías espaciales con la cinética y la astrofísica ).

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

La ingeniería biológica es una disciplina basada en la ciencia, fundamentada en las ciencias biológicas, del mismo modo 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 ]}

La ingeniería biológica comenzaba 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 director de la División de Ingeniería Biológica en Oxford . Esta fue la primera vez que la bioingeniería fue reconocida como una rama independiente en una universidad. El enfoque inicial de esta disciplina fue la ingeniería eléctrica debido al trabajo con dispositivos y maquinaria médica durante ese tiempo. ^{[ 9 ]}

Cuando ingenieros y biólogos comenzaron a trabajar juntos, reconocieron que los ingenieros no sabían lo suficiente sobre la biología real que subyace a su trabajo. Para resolver este problema, los ingenieros que querían dedicarse a la ingeniería biológica dedicaron más tiempo al estudio de 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 del suelo superficial , la estabilización de taludes , 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 la ingeniería también se ocupan de los organismos vivos , el término ingeniería biológica puede aplicarse de forma más amplia para incluir la ingeniería agrícola .

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 antiguos departamentos de ingeniería agrícola en universidades de todo el mundo se han renombrado 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 basados ​​en tejidos (incluidos dispositivos y sensores), a organismos macroscópicos completos (plantas, animales), e incluso a biomas y ecosistemas.

La duración promedio de los estudios es de tres a cinco años, y el título obtenido se denomina 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 de los límites de definición específicos que se empleen, algunas ramas principales de la bioingeniería pueden clasificarse como (tenga en cuenta que estas 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, incluyendo 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 : desarrollar tecnología para monitorear las condiciones donde se lleva a cabo un proceso particular, ^{[ 17 ]} (Ej: diseño de bioprocesos, biocatálisis , bioseparación, bioenergía )
• Ingeniería de la salud ambiental : aplicación de principios de ingeniería para controlar el medio ambiente en aras 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 los océanos. ^{[ 17 ]}
• Ingeniería de factores humanos y ergonomía : aplicación de la ingeniería, la fisiología y la psicología a la optimización de la relación hombre-máquina. ^{[ 17 ]} (Ej.: ergonomía física , ergonomía cognitiva , interacción persona-ordenador )
• Biotecnología : el uso de sistemas y organismos vivos 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. (Ej.: el velcro, diseñado después de que George de Mestral observara la facilidad con la que las rebabas se adherían 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, más enfocada en la robótica y las tecnologías asistidas. (Ej: prótesis) ^{[ 17 ]}
• Bioimpresión : utilización de biomateriales para imprimir células, tejidos y órganos. ^{[ 21 ]}
• Biorrobótica : utilización de electrónica y sensores avanzados para fabricar prótesis o robots biohíbridos.
• Biología de sistemas : Las moléculas, las células, los órganos y los organismos se investigan 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 más arriba).
• El Instituto Americano de Ingeniería Médica y Biológica (AIMBE) está compuesto por 1500 miembros. Su principal objetivo es educar al público sobre el valor de la ingeniería biológica en nuestro mundo, así como invertir en investigación y otros programas para impulsar el campo. Otorgan premios a quienes se dedican a la innovación en este campo y reconocimientos por sus logros. (No realizan una contribución directa a la ingeniería biológica; reconocen a quienes sí lo hacen y animan al público a continuar con este avance). ^{[ 24 ]}
• El Instituto de Ingeniería Biológica (IBE) es una organización sin fines de lucro que se mantiene exclusivamente con donaciones. Su objetivo es fomentar el aprendizaje y el avance de la ingeniería biológica entre el público. (Al igual que AIMBE, no realiza investigación directamente; sin embargo, ofrece becas a estudiantes prometedores en este 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 dedicada a promover la integración de la biología con la ingeniería. ^{[ 26 ]}
• MediUnite Journal es una campaña de concientización médica y un periódico que ha publicado con frecuencia hallazgos biomédicos y ha citado la biomedicina en varios artículos de investigación. ^{[ 27 ]}

• La bioingeniería en el cine

• 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