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 utilizables, tangibles y económicamente viables. La ingeniería biológica emplea conocimientos y experiencia de una serie de ciencias puras y aplicadas, 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, las nuevas tecnologías de imágenes médicas, los dispositivos portátiles y rápidos de diagnóstico de enfermedades, las prótesis, los productos biofarmacéuticos y los órganos diseñados mediante ingeniería tisular. La bioingeniería se superpone sustancialmente con la biotecnología y las ciencias biomédicas de una manera análoga a la forma en que otras formas de ingeniería y tecnología se relacionan con otras ciencias (como la ingeniería aeroespacial y otras tecnologías espaciales, la cinética y la astrofísica).

En general, los ingenieros biológicos intentan imitar los 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 los procesos biológicos, incluidas las formas de reemplazar, aumentar, mantener o predecir los procesos químicos y mecánicos.

La ingeniería biológica es una disciplina científica que se fundamenta en las ciencias biológicas, de la misma manera que la ingeniería química, la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica pueden basarse en la química, la electricidad y el magnetismo, y la mecánica clásica, respectivamente.

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 presentador 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 y maquinaria médica durante esta época.

Cuando los ingenieros y los científicos de la vida comenzaron a trabajar juntos, se dieron cuenta de que los ingenieros no sabían lo suficiente sobre la biología real que estaba 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.

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 las barreras acústicas y las pantallas visuales) y la mejora ecológica de una zona. Dado que otras disciplinas de 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 en San Diego en 1966. Se han lanzado programas más recientes en el MIT y la Universidad Estatal de Utah. Muchos departamentos de ingeniería agrícola antiguos en universidades de todo el mundo han cambiado su nombre a ingeniería agrícola y biológica o ingeniería agrícola y de biosistemas. Según el profesor Doug Lauffenburger del MIT, la ingeniería biológica tiene una amplia base que aplica principios de ingeniería a una enorme variedad 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), 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.

Dependiendo de la institución y de los límites de definición particulares que se empleen, 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 medicina y biología para fines sanitarios.
  • 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 por síntesis, incluyendo la producción de proteínas de las materias primas adecuadas.
• Ingeniería de sistemas biológicos: aplicación de principios de ingeniería y conceptos de diseño a la agricultura, ciencias alimentarias y ecosistemas.
• Ingeniería de bioproceso: desarrollar tecnología para monitorear las condiciones en que se desarrolla un proceso particular (Ex: diseño de bioproceso, biocatalisis, bioseparación, bioenergía)
• Ingeniería de la salud ambiental: aplicación de principios de ingeniería para controlar el medio ambiente para la salud, comodidad y seguridad de los seres humanos. Incluye el campo de los sistemas de apoyo a la vida para la exploración del espacio ultraterrestre y el océano.
• Factores humanos e ingeniería ergonómica: aplicación de ingeniería, fisiología y psicología a la optimización de la relación humana-máquina. (Ex: ergonomía física, ergonomía cognitiva, interacción humana-computadora)
• Biotecnología: el uso de sistemas y organismos vivos para desarrollar o hacer productos. (Ex: farmacéuticas, bioinformática, ingeniería genética.)

• Biomimética: la imitación de modelos, sistemas y elementos de la naturaleza para resolver problemas humanos complejos. (Ex: velcro, diseñado después de que George de Mestral notara lo fácil que los burs pegados al pelo de un perro.)
• Ingeniería bioelectrónica
• Ingeniería biomecánica: es la aplicación de principios de ingeniería mecánica y biología para determinar cómo se relacionan estas áreas y cómo pueden integrarse para mejorar potencialmente la salud humana.
• Bionics: una integración de Biomedical, centrada más en la robótica y las tecnologías asistidas. (Ex: prótesis)
• Bioimpresión: utilización de biomateriales para imprimir órganos y nuevos tejidos
• Biorobotics: (Ex: prótesis eléctrica)
• Biología de sistemas: Molecules, células, órganos y organismos son investigados en términos de sus interacciones y comportamientos.

• Junta de Acreditación para Ingeniería y Tecnología (ABET), la junta de acreditación de EE.UU. para los programas de ingeniería B.S., hace una distinción entre ingeniería biomédica e ingeniería biológica, aunque hay mucha superposición (ver arriba).
• American Institute for Medical and Biological Engineering (AIMBE) está formado por 1.500 miembros. Su objetivo principal es educar al público sobre el valor que tiene la ingeniería biológica en nuestro mundo, así como invertir en investigación y otros programas para avanzar en el campo. Ellos dan premios a aquellos dedicados a la innovación en el campo, y premios de progreso en el campo. (No tienen una contribución directa a la ingeniería biológica; reconocen a los que hacen y alientan al público a continuar ese movimiento hacia adelante).
• El Instituto de Ingeniería Biológica (IBE) es una organización sin fines de lucro que funciona solo con donaciones. Su objetivo es alentar al público a aprender y continuar los avances en la ingeniería biológica. (Como AIMBE, no realizan investigación directamente; sin embargo, ofrecen becas a los estudiantes que muestran la promesa en el campo).
• Society for Biological Engineering (SBE) es una comunidad tecnológica asociada al Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE). SBE acoge conferencias internacionales, y es una organización mundial de ingenieros líderes y científicos dedicados a promover la integración de la biología con la ingeniería.
• MediUnite Journal es una campaña de sensibilización médica y un periódico que a menudo ha publicado hallazgos biomédicos y ha citado biomedicina en varios documentos de investigación.

• Bioengineering Society
• Biomedical Engineering Society
• Institute of Biological Engineering
• Benjoe Institute of Systems Biological Engineering
• American Institute of Medical and Biological Engineering
• American Society of Agricultural and Biological Engineers
• Society for Biological Engineering part of AIChE
• Journal of Biological Engineering, JBE
• Transacciones de ingeniería biológica
• Munich School of BioEngineering