1、生 物 与 医 学 工 程,孙 联 文 sunlw,工 程 ? 生物医学工程？ 生物工程？,工程,工程 Engineering 有判断地动用从研究、试验和专业实践中所获得的数学和自然科学知识，制定各种能够经济地利用自然资源和自然力的方法，为人类谋福利的一项专业。 工程学: 应用科学和技术的原理来解决人类问题。 包含电子技术、计算机技术、信息技术、材料科学等. 应用科学,生物医学工程,Biomedical Engineering，BME 20世纪50年代诞生 促成因素：需求+手段 美国 国际医学电子学联合会 （1959） International Federation for Medical
2、Electronics and Biological Engineering 国际医学和生物工程联合会，IFMBE （1965） International Federation for Medical and Biological Engineering 国际生物医学工程学会,一、生物医学工程学的定义（NIH) 结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的,是工程技术在生物学和医学上的应
3、用，是以人的生命运动的认识为核心的多学科的综合。 形成与发展模式 通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中的新技术、原理、方法应用于医疗装置的研制、以满足临床诊治的需要。,二、生物医学工程学的层次结构 整体层次 系统、器官、组织层次 微观或细观层次,1. 整体层次 人-机环境系统工程中的生物医学工程问题 中医工程,2. 系统、器官、组织层次 人体器官、组织的某些工程的补偿技术或代用装置及人工生物医学材料 医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创伤性诊断技术和装置 新型的医疗技术装备的系统监测装置,3.微观或细观层次 主要指细胞和生物大分子层次的生物医学工程问题 生物反应器的设计和运转程序的优
4、化问题 高效、快速地分离技术装置 生物系统的控制与生物物质分离中需要的生物传感器与检测、控制技术 生物芯片相关技术,三、研究范围 基础理论研究 应用基础与应用研究,1. 基础理论研究 生物力学 生物物理 生物系统的建模仿真及控制,2. 应用基础与应用研究 生物材料和人工器官 生物医学信号的检测与处理 医学图像技术 医学物理 生物医学仪器,1.经验医学到实验医学的转变 2.医学听诊技术的建立 3.心电图学的形成 4.放射医学的创建 5.超声医学的创建 6.医用官学 7.人工器官 8.各种诊断治疗仪器,四、对医学发展的贡献,生物工程,20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。 生物工程
5、的范围非常广，凡是以有生命物质作为手段来影响或改变无生命现象，或用各种自然科学的方法、技术来影响或改变有生命现象的自然过程，以达到为人类服务的目的，都可以包含在生物工程范畴之内。 涉及许多学科：微生物学、生物学、遗产学、分子生物学、物理学、生物化学、化学工程等 涉及许多生产部门：工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能源、环境保护等,生物工程,与生物学一级学科并列的生物工程学科于1998年设置了生物工程专业，生物工程专业的历史可追溯到20世纪40年代的发酵工学、50年代的抗生素专业、80年代的生物化学工程和生物化工。在1998年本科专业目录中，明确属于工学的生物工程专业包括了原来的生物化工（部分
6、）、微生物制药、生物化学工程（部分）、发酵工程等四个专业，从而大大拓宽了专业口径。此外，在本科专业目录中首次将生物工程作为工学门类中的一种，与化学工程、轻工等并列，单独列出具有划时代意义。 生物工程是由微生物学、化学、生物化学、化学工程和计算机科学等相互交叉发展而成的一门复合性学科, 被视为 21 世纪三大前沿学科之一，是生命科学通向应用领域的桥梁学科。 生物工程是该学科目前的唯一专业。,一、生物工程学的定义 一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地
7、改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。,又称生物技术或生物工艺,是在分子生物学和细胞学基础上发展起来的一个新兴的技术领域,生物工程就是对生物进行创造设计,即通过生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平和个体水平上进行不同层次的设计。 是指利用生物有机体（包括微生物和动、植物）或其组成部分（包括器官、组织、细胞、细胞器）和组成成分（包括DNA、RAN、蛋白质、酶、多糖、抗体等），形成新的技术手段来发展新产品和新工艺的一种技术体系，也是采用先进生物学和工
8、程学技术，有目的、有计划定向加工制造生物产品的一个新兴技术领域。 生物工程(第二版)王旻主编 中国医药科技出版社,二、生物工程的研究内容 细胞工程 基因工程 微生物工程 酶工程 蛋白质工程（又称 第二代基因工程） 生物反应器工程,1. 细胞工程 细胞水平 三个阶段 到20世纪70年代细胞技术、核型分析技术、细胞融合技术及其应用 70年代后期到80年代与基因工程结合，应用DNA导入技术分析人体基因的微细结构 80年代后期起以基因打靶为基础，与胚胎发生工程结构成为新的研究发展趋势， 分支： 按研究对象微生物细胞工程、植物细胞工程、动物细胞工程 按研究层次基因工程、染色体工程、染色体组工程、细胞质工
9、程、细胞合并工程,2.基因工程 又称：遗传工程 三个水平：广义 整体水平通过生物有性杂交发生 细胞水平细胞融合等单克隆抗体技术 分子水平基因交换发生在同一染色体内，或在两个 染色体之间，甚至一个生物体的基因插入另一个生 物体的染色体中。 基因工程技术是生物工程技术的最重要内容之一。,3.微生物工程 又称发酵工程，以微生物作为基础，通过对微生物生长与代谢过程中的各种调控，达到所需产物的目的。 20世纪40年代初成为真正的科学技术 抗生素大规模深层发酵工艺的建立,4. 酶工程 包括酶的生产、分离、纯化、修饰、固定化以及酶以溶解状态或固定状态的使用和在各类反应器系统中的使用等。 起源于生物化学，仅仅
10、依靠微生物学、化学及加工工程学，并与基因工程密切相关。 5.生物反应器工程,生物医学工程与生物工程,从严格的定义来看，生物医学工程应包含生物工程。 生物医学工程和生物技术是构成生物工程的两个基本组成部分。 形成两个分支： 生物医学工程以人为对象的生物工程，也称“医学工程”. 生物工程以无生命物质或生物体为对象，侧重生物有机体或生物生化的特定过程，也称“生物技术”.,“你中有我，我中有你”,为什么将生物医学工程与生物工程分开？,复合型知识结构的人才,生物与医学工程学院,School of Biological Science and Medical Engineering,生物工程 Bioeng
11、ineering 生物技术 Biotechnology 生物医学工程Biomedical Engineering 医学工程Medical Engineering,美国大学2007年biomedical/bioengineering生物工程专业排名, 约翰霍普金斯大学 Johns Hopkins University 加利福尼亚大学圣地亚哥分校 University of CaliforniaSan Diego 佐治亚理工学院 Georgia Institute of Technology 华盛顿大学 University of Washington 杜克大学 Duke University 宾
12、夕法尼亚大学 University of Pennsylvania 波士顿大学 Boston University 麻省理工学院 Massachusetts Institute of Technology (MIT) 凯斯西储大学 Case Western Reserve University 莱斯大学 Rice University 密歇根大学-安娜堡分校 University of MichiganAnn Arbor,Standford,THE MISSION OF STANFORDS DEPARTMENT OF BIOENGINEERING IS TO CREATE A FUSION O
13、F ENGINEERING AND THE LIFE SCIENCES THAT PROMOTES SCIENTIFIC DISCOVERY AND THE DEVELOPMENT OF NEW BIOMEDICAL TECHNOLOGIES AND THERAPIES THROUGH RESEARCH AND EDUCATION. THE DEPARTMENT OF BIOENGINEERING IS JOINTLY SUPPORTED BY THE SCHOOLS OF MEDICINE AND ENGINEERING. IT INCLUDES, IN A SINGLE DEPARTMEN
14、T, RESEARCH AND TEACHING PROGRAMS THAT EMBRACE BIOLOGY AS A NEW ENGINEERING PARADIGM AND APPLY ENGINEERING PRINCIPLES TO MEDICAL PROBLEMS AND BIOLOGICAL SYSTEMS.,Research,Biomedical Computation Biomedical Devices Biomedical Imaging Cell & Molecular Engineering Regenerative Medicine,Imperial College,
15、Biomedical Systems Medical signal processing, imaging and information systems Modelling biological complex systems Medical circuits and devices Neurotechnology Robotic assistive devices Sensorimotor control in flying insects Neural prosthetics Rehabilitation devices and robotics Neuromuscular contro
16、l Reverse engineering vision Biologically inspired circuits and systems Biosensors for monitoring neurochemicals Computational neural modelling Neural coding Two photon brain imaging Physiological mechanics Musculoskeletal mechanics Respiratory mechanics Ocular Mechanics,结合本课程的授课内容, 谈谈学习体会(1000字） 1、对生物工程专业和生物医学工程专业的理解; 2、对未来学习的规划。,谈谈生物工程专业和生物医学工程专业的认识。,
