Biomedicinsk teknik er i en rivende udvikling, tværfagligt område, der involverer medicin, biologi, kemi, ingeniørvidenskab, nanoteknologi og datalogi. Bioingeniører er på forkant med videnskabelig opdagelse og skaber innovative medicinsk udstyr, vacciner, sygdomshåndteringsprodukter, robotter og algoritmer, der forbedrer menneskers sundhed rundt om i verden.
nedenfor er ti af de hotteste bioengineering R&d tendenser sker i 2020.
1., Vævsteknik
levende væv kan fremstilles af biologisk aktive celler, som deponeres på bionedbrydelige stilladser under kontrollerede forhold. En populær aflejringsmetode er bioprinting-en proces, der ligner meget 3D-udskrivning, men som bruger “bioinks” bestående af humane celler i stedet for plast.
cellerne udskrives i tynde lag, der akkumuleres i levende væv eller kropsdele, der kan implanteres. Forskere ved Wake Forest Institute for Regenerative Medicine har brugt en speciel 3D-printer til at skabe væv, der trives, når implanteret i gnavere.
2., Transdermale plaster
Bioingeniører viste muligheden for at udskrive levende vævsstrukturer på en specialiseret 3D-printer. Foto: Wakeake Forest Institute for Regenerative Medicine transdermale plaster er kommet langt siden deres anvendelse som en metode til at bryde nikotinafhængighed. Forbedringer i struktur, materialer og leveringsmekanismer har muliggjort en større række applikationer.
for eksempel har forskere ved Nanyang Technological University i Singapore oprettet et transdermalt plaster fyldt med medikamenter, der hjælper med at bekæmpe fedme., I stedet for taget oralt eller gennem injektion frigives disse forbindelser gennem hundreder af bionedbrydelige mikronedler i plasteret, der næppe trænger ind i huden. Når nålene opløses, frigives stofferne langsomt i kroppen.
3. Bærbare enheder
sensorer, ledninger og elektronik, der er fleksible, vandtætte og strækbare, kan 3D-printes eller væves ind i stoffet., Bærbare teknologier bliver mere multifunktionelle og kan overvåge flere sundhedsparametre, såsom pulsfrekvens og blodtryk, som også kan overføres i realtid til en medicinsk facilitet.
Find ud af mere i Infographic: Hvad er Bioengineering?
Smart tøj styrer kropstemperaturerne ved hjælp af specielle polymerer og luftfugtighedsfølsomme ventilationsåbninger, der åbnes, når det er nødvendigt. Det er blevet foreslået, at individualiseret temperaturkontrol gennem tøj kunne reducere en bygnings opvarmning og køling omkostninger med op til 15 procent.
4., Robotkirurger og rehabilitering
forskere skabte et lægemiddelfyldt transdermalt plaster, der bekæmper fedme. Foto: Nanyang Technological University Robotproducenter fremstiller multifunktionelle robotter til at hjælpe kirurger i operationsstuen. Drevet af input fra læger hjælper disse robotenheder dem med at manipulere instrumenter med høj præcision på måder, de ikke kunne gøre alene. Dette gælder især for minimalt invasive operationer.,
robotter er også yderst hjælpsomme for personer, der har lidt slagtilfælde eller hjerneskader, for at genlære motoropgaver. For eksempel er Lokomat et gangtræningssystem, der bruger en robot eksoskelet og en løbebånd til at hjælpe patienter med at genvinde grundlæggende gangfunktioner. Det giver også terapeuten mulighed for at kontrollere ganghastigheden og hvor meget støtte robotbenene giver patienten.
5. Nanorobots
forskere arbejder hårdt på at designe robotter i nanostørrelse, der er små nok til at komme ind i blodbanen og udføre visse opgaver, såsom at dræbe kræftceller.,Nanorobot-design inkluderer DNA-baserede strukturer, der indeholder kræftbekæmpende medikamenter, der kun binder med et specifikt protein, der findes på kræfttumorer. Efter vedhæftning frigiver roboten sit lægemiddel i tumoren.
ved at levere de farmaceutiske midler nøjagtigt, hvor de er nødvendige, er kroppen ikke overbelastet med toksicitet, og bivirkningerne er færre eller mindre intense, hvilket forbedrer patientoplevelsen.
6. Virtual Reality
smarte stoffer og tekstiler kan fornemme slidets fysiologi og reagere., Foto: UC San Diego VR er et særligt værdifuldt værktøj på det medicinske område på grund af, hvordan det kan præsentere de detaljerede data taget fra 3D medicinske billeder. Dataene kan skabe en utrolig detaljeret 3D-visning af en patients krop eller område af medicinsk bekymring—for eksempel det kardiovaskulære system.
relateret Video: Hvordan virker en robot sukkerrør arbejde?
modellen kan undersøges fra alle vinkler og interessepunkter for at bestemme den bedste måde at udføre en procedure på. Kirurger kan endda øve en kompleks procedure flere gange, før de udfører den.,
VR er også et kritisk undervisningsværktøj—medicinstuderende kan for eksempel udføre virtuelle dissektioner i stedet for at bruge kadavere.
7. Mikrobobler
forskere fortsætter med at lede efter nye måder at selektivt levere lægemidler til specifikke målområder og derved undgå skade på sunde celler og væv. En unik tilgang er mikrobobler, som er meget små, mikron-store partikler fyldt med gas.,
“Mikrobobler fyldt med medicin kan injiceres i kroppen, og de vil distribuere overalt, men jeg kan så forstyrre mikrobobler ved en ultralydsscanning stråle, og stoffet vil blive leveret specifikt, hvor det stof, der er behov for,” siger Beata Chertok, assistant professor of pharmaceutical sciences and biomedical engineering ved University of Michigan. Mikrobobler kan også behandles med et stof, der får dem til at klæbe til tumorer uden behov for ultralyd.
8., Prime redigering
Robotrehabilitering hjælper patienter med at genvinde gang eller andre funktioner. Foto: Hocoma denne nye genredigeringsteknik bygger på succeser med baseredigering og CRISPR-Cas9-teknologi. Prime redigering omskriver DNA ved kun at skære en enkelt streng for at tilføje, fjerne eller udskifte basepar. Denne metode gør det muligt for forskere at redigere flere typer genetiske mutationer end eksisterende genomredigeringsmetoder, herunder CRISPR-Cas9.,
yderligere læsning: CRISPR Tech til påvisning af Ebola
indtil videre er metoden kun testet med humane og museceller.
“Potentielle påvirkninger omfatter at være i stand til direkte at rette en meget større del af de mutationer, der forårsager genetiske sygdomme og være i stand til at indføre DNA-ændringer i afgrøder, der resulterer i sundere eller mere bæredygtige fødevarer,” sagde David Liu, direktør for Merkin Institut for Transformerende Teknologier i Sundhedsvæsenet, ved den Brede Institute of Harvard og MIT.
9., Organ-on-A-Chip
Chipteknologier tillader konstruktion af mikroskalamodeller, der simulerer menneskelig fysiologi uden for kroppen. Organer-på-chips bruges til at studere opførsel af væv og organer i små, men fuldt funktionelle, prøvestørrelser for bedre at forstå vævsadfærd, sygdomsprogression og farmaceutiske interaktioner.
for eksempel kan betændelsesprocesser undersøges for at bestemme, hvordan betændelse udløses, og dens værdi som en tidlig advarselsindikator for underliggende medicinske tilstande, inklusive autoimmune responser., Andre fysiologiske processer studeret på chips omfatter trombose, mekanisk belastning på leddene og aldring.
10. Mini bioreaktorer
Nanorobots leverer tumorbekæmpende lægemidler. Billede: Ari .ona State University bioreaktorer er systemer, der understøtter biologisk aktive organismer og deres biprodukter. Mindre bioreaktorer er lettere at håndtere og kræver mindre prøvemængder., Fremskridt inden for mikrofluid fabrikation kapaciteter gør det nu muligt at designe mikroskala bioreaktorer, der kan inkorporere en .ymer eller andre biokatalysatorer, samt præcision ekstraktionssystemer, til at producere meget rene produkter.
disse systemer giver økonomisk high-throughput screening, ved hjælp af kun små mængder af reagenser, sammenlignet med konventionelle bænk-skala reaktorer. Da 3D-udskrivning bliver mere raffineret, bør det være muligt at fremstille miniature bioreaktorer med mere usædvanlige strømningsveje eller specielt designede kulturkamre.,
fremtidige tendenser
miniaturisering, materielle innovationer, personlig medicin og additiv fremstilling er vigtige tekniske tendenser, som biomedicinske forskere er ivrige efter at indarbejde i deres design. Disse teknologier åbner faktisk en lang række nye designmuligheder, der ikke var mulige ved hjælp af konventionelle fremstillingsmetoder.,
disse r& d fremskridt sker også i en stadigt stigende hastighed-bioingeniører skal holde trit med forstyrrende teknologi og innovationer for at fremstille de bedste produkter og opretholde eller øge deres markedsandel og brand omdømme.
Mark Cra Markford er en teknologi forfatter baseret i Corrales, N. M.