Bioingeniería

                              

                                    Ingeniería biológica

La ingeniería biotecnológica, llamada ingeniería biológica o bioingeniería (incluyendo a la ingeniería de sistemas biológicos), es una disciplina que aplica conceptos y métodos físico-matemáticos para resolver problemas de las ciencias de la vida, utilizando las metodologías analíticas y sintéticas de la ingeniería. En este contexto, mientras que la ingeniería tradicional emplea ciencias físicas y matemáticas para analizar, diseñar y fabricar herramientas inanimadas, estructuras y procesos, la bioingeniería utiliza las mismas ciencias para estudiar numerosos aspectos de los organismos vivos. Por lo general es utilizada para analizar y resolver problemas relacionados con la salud de los seres humanos. Es la rama de la ingeniería que se ocupa de la aplicación tecnológica de los sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para un uso específico. Para ello, la ingeniería biotecnológica hace uso de las ciencias naturales (como la química y la física), lasmatemáticas y otras disciplinas especializadas resultado de la combinación de éstas (por ejemplo la bioquímica, bioingeniería y la biotecnología). En España es una especialización de la Biotecnología, mientras en algunos países hispanoamericanos es una titulación.

Estructura cuaternaria de una proteína

Las aplicaciones están especialmente relacionadas con la salud humana, pero el campo puede ser mucho más general. Por ejemplo, el Biomimetismo es una rama de la ingeniería biológica la cual trata de entender la forma en que los organismos vivos como resultado de un prolongado procesos de prueba y error conocido como evolución, han resuelto dificultades en el pasado, y para encontrar formas de resolver problemas similares en sistemas artificiales. La biología de sistemas por otra parte, busca utilizar los conceptos de ingeniería en reversa, para facilitar los difíciles procesos de reconocimiento de la estructura, función y métodos precisos de operación de complejos sistemas biológicos.

La ingeniería biológica es una disciplina científica fundada sobre las ciencias biológicas en la misma forma que la ingeniería química, ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica están basadas sobre la química, electricidad y magnetismo y mecánica clásica respectivamente.

La ingeniería biológica puede ser diferenciada de la biología pura o de la ingeniería clásica en la siguiente forma: los estudios biológicos frecuentemente siguen aproximaciones reduccionistas, viendo un sistema en su más pequeña escala posible, lo cual lleva hacia herramientas como la genómica funcional. Los acercamientos de la ingeniería usan perspectivas de diseño clásico, de forma construccionista, desarrollando nuevos dispositivos y tecnologías. La ingeniería biológica usa ambos métodos, usando el reduccionismos para identificar, entender y organizar las unidades fundamentales, las cuales se integran para generar algo nuevo. Además, por ser una disciplina ingenieril está preocupada no solo por la ciencia básica sino también por la aplicación del conocimiento científico para resolver problemas de la vida real.

A pesar de que los sistemas bioingenieriles han sido usados para manejar información, construir materiales, procesos químicos, producción de energía, producción de alimentos, mantenimiento de la salud humana y recuperación del medio ambiente. Aún son sistemas menos desarrollados que los eléctricos o mecánicos.

La diferencia entre la ingeniería biológica y la ingeniería biomédica puede ser poco clara, como muchas universidades ahora usan el término bioingeniería e ingeniería biomédica con el mismo significado.⁴ Pero de acuerdo al profesor Doug Lauffenberg of MIT, la ingeniería biológica tiene una amplia base en la cual aplica principios ingenieriles a un enorme rango de sistemas de diferentes complejidades y tamaños, desde el nivel molecular hasta niveles macroscópicos como puede ser un ecosistema. Ni la ingeniería biológica, ni la ingeniería biomédica están completamente contenidas una en la otra, así como hay productos no biológicos en la medicina, hay productos bilógicos para propósitos no médicos.

ABET, la acreditadora de programas de ingeniería en Estados Unidos, hace una distinción entre la ingeniería biomédica y la ingeniería biológica, sin embargo, las diferencias son muy pequeñas. Los ingenieros biomédicos deben tomar cursos de ciencias de la vida incluyendo fisiología humana y deben tener experiencia en la medición de parámetros de los seres vivos; mientras que los ingenieros biológicos deben tener cursos de ciencias y experiencia en medición de parámetros en sistemas vivos y no vivos, normalmente incluyen cursos comunes en las ingenierías como termodinámica, mecánica de fluidos, estática y propiedades de los materiales.

La palabra bioingeniería fue acuñada por el científico y locutor inglés Heinz Wolff en 1954. El término bioingeniería es también utilizada para describir el uso de la vegetación en la ingeniería civil de la construcción. El término bioingeniería puede también aplicarse a las modificaciones ambientales como la protección de la superficie del suelo, estabilización de laderas, curso de agua, protección de costas, rompe vientos, barreras de vegetación incluyendo barreras acústicas y pantallas visuales, y la mejora ecológica de un área. El primer programa ingeniero biológico fue creado en la Universidad de Mississippi en 1967, convirtiéndolo como el primer plan de estudios de Ingeniería Biológica en Estados Unidos. Más programas recientes han sido lanzados en MIT y la Universidad de Utah.

Los ingenieros biológicos o bioingenieros son ingenieros que usan los principios de biología y las herramientas de ingeniería para crear productos útiles, tangibles y económicamente viables. La Ingeniería Biológica cuenta con el conocimiento y la experiencia de una serie de ciencias puras y aplicadas, como la masa y transferencia de calor,cinética, biocatalizadores, biomecánica, bioinformática, separación y purificación del proceso, diseño bioreactor, la ciencia de superficie, mecanismo de fluidos, termodinámica y la ciencia de polímeros. Se utiliza en el diseño de dispositivos médicos, equipos de diagnóstico, materiales biocompatibles, la bioenergía renovable, ingeniería ecológica, y otras áreas que mejoran la calidad de vida de las sociedades.

En general los ingenieros biológicos intentan imitar los sistemas biológicos para crear productos o modificar y controlar los sistemas biológicos de manera que ellos puedan sustituir, aumentar o sostener los procesos químicos y mecánicos. Los bioingenieros pueden aplicar sus experiencias para otras aplicaciones de ingeniería y tecnología, incluyendo modificación genética de plantas y microorganismos, la ingeniería de bioprocesos y biocatálisis.

Debido a otras disciplinas de ingeniería también se ocupan de los organismos vivos (Por ejemplo, prótesis en la ingeniería mecánica), el término de ingeniería biológica puede ser más amplia para incluir ingeniería agrícola y biotecnología. De hecho, muchos viejos departamentos de ingeniería agrícola en universidades de alrededor del mundo han renombrado como ingeniería biológica o agrícola e Ingeniería de Biosistemas. La ingeniería biológica también se conoce como la bioingeniería en algunos colegios y la ingeniería biomédica se le conoce como Bioingeniería por otros, y es un campo en rápido desarrollo con la categorización de líquidos.