Biomedical engineering egy gyorsan fejlődő, Cross-disciplineering field that involves medicine, biology, chemistry, engineering, nanotechnology, and computer science. A bioengineerek élen járnak a tudományos felfedezésben, innovatív orvostechnikai eszközöket, vakcinákat, betegségkezelő termékeket, robotokat és algoritmusokat hoznak létre, amelyek világszerte javítják az emberi egészséget.
Az alábbiakban tíz a legforróbb bioengineering R& D trendek történik 2020-ban.
1., Tissue Engineering
az élő szövet biológiailag aktív sejtekből készülhet, amelyek szabályozott körülmények között biológiailag lebontható állványokon helyezkednek el. A népszerű lerakódási módszer a bioprinting-a 3D nyomtatáshoz nagyon hasonló folyamat, de műanyag helyett emberi sejtekből álló “bioinkeket” használ.
a sejteket vékony rétegekbe nyomtatják, amelyek felhalmozódnak az élő szövetekbe vagy testrészekbe, amelyeket be lehet ültetni. A Wake Forest Regeneratív Orvostudományi Intézet kutatói egy speciális 3D nyomtatót használtak a rágcsálókba beültetett szövetek létrehozására.
2., Transzdermális tapaszok
A Bioengineerek bizonyították az élő szövetszerkezetek speciális 3d nyomtatóra történő nyomtatásának megvalósíthatóságát. Fotó: Wake Forest Regeneratív Orvostudományi Intézet a transzdermális tapaszok hosszú utat tettek meg, mivel a nikotinfüggőség megszüntetésére szolgáló módszerként használják őket. A szerkezet, az anyagok és a szállítási mechanizmusok fejlesztése lehetővé tette az alkalmazások szélesebb skáláját.
például a szingapúri Nanyang Technológiai Egyetem tudósai transzdermális tapaszt hoztak létre, amely tele van olyan gyógyszerekkel, amelyek segítenek az elhízás elleni küzdelemben., Ahelyett, hogy szájon át vagy injekcióval, ezek a vegyületek szabadulnak fel több száz biológiailag lebomló mikroneedles a tapasz, hogy alig hatol át a bőrön. Ahogy a tűk feloldódnak, a gyógyszerek lassan felszabadulnak a szervezetbe.
3. Hordható eszközök
a rugalmas, vízálló és nyújtható érzékelők, huzalok és elektronika 3D-nyomtatással vagy szövéssel a szövetbe nyomtatható., A hordható technológiák egyre inkább multifunkcionálissá válnak, és több egészségügyi paramétert, például pulzusszámot és vérnyomást is nyomon követhetnek, amelyeket valós időben továbbíthatnak egy egészségügyi intézménybe.
Tudjon meg többet az Infographic-ban: mi a Bioengineering?
Az intelligens ruházat speciális polimerek és nedvességre reagáló szellőzőnyílások segítségével szabályozza a testhőmérsékletet, amelyek szükség esetén kinyílnak. Azt javasolták, hogy a ruházaton keresztül történő egyedi hőmérséklet-szabályozás akár 15 százalékkal is csökkentheti az épület fűtési és hűtési költségeit.
4., Robotsebészek és rehabilitáció
A kutatók egy kábítószerrel töltött transzdermális tapaszt hoztak létre, amely az elhízás ellen küzd. Fotó: Nanyang Technológiai Egyetem A Robotgyártók multifunkcionális robotokat készítenek a műtőben lévő sebészek segítésére. Az orvosok bemenetével vezérelve ezek a roboteszközök segítenek nekik nagy pontossággal manipulálni az eszközöket oly módon, hogy egyedül nem tudtak. Ez különösen igaz a minimálisan invazív műtétekre.,
a robotok rendkívül hasznosak azok számára is, akik stroke-ot vagy agyi sérüléseket szenvedtek, hogy újra megismerjék a motoros feladatokat. Például a Lokomat egy járásképzési rendszer, amely egy robot exoskeletont és egy futópadot használ, hogy segítsen a betegeknek visszanyerni az alapvető gyalogos funkciókat. Azt is lehetővé teszi a terapeuta számára, hogy ellenőrizze a gyaloglás sebességét, valamint azt, hogy a robot lábak mennyire támogatják a beteget.
5. Nanorobot
a Kutatók kemény munka tervezése, nano-méretű robotok, hogy elég kicsik ahhoz, hogy a véráramba, valamint egyes feladatok ellátására, mint például megöli a rákos sejtek.,
a Nanorobot minták olyan DNS-alapú struktúrákat tartalmaznak, amelyek rákellenes gyógyszereket tartalmaznak,amelyek csak a rákos daganatokban található specifikus fehérjével kötődnek. A rögzítés után a robot felszabadítja gyógyszerét a daganatba.
azáltal, hogy a gyógyszerészeti szereket pontosan ott szállítja, ahol szükséges, a szervezet nem túlterhelt a toxicitással, a mellékhatások pedig kevésbé vagy kevésbé intenzívek, javítva a beteg tapasztalatait.
6. Virtuális valóság
az intelligens szövetek és textíliák érzékelik a kopás fiziológiáját és reagálnak., Fotó: UC San Diego A VR különösen értékes eszköz az orvosi területen, mivel képes bemutatni a 3D orvosi képekből származó részletes adatokat. Az adatok hihetetlenül részletes 3D-s képet hozhatnak létre a beteg testéről vagy az orvosi aggodalomra okot adó területről—például a kardiovaszkuláris rendszerről.
kapcsolódó videó: Hogyan működik egy robot cukornád?
a modell minden szögből és érdekes pontból megvizsgálható annak érdekében, hogy meghatározzuk az eljárás végrehajtásának legjobb módját. A sebészek akár többször is gyakorolhatnak összetett eljárást, mielőtt elvégeznék.,
A VR szintén kritikus oktatási eszköz-például az orvostanhallgatók virtuális boncolást végezhetnek a holttestek használata helyett.
7. Microbubbles
A kutatók továbbra is új módszereket keresnek a gyógyszerek szelektív szállítására bizonyos célterületekre, ezáltal elkerülve az egészséges sejtek és szövetek károsodását. Az egyik egyedülálló megközelítés a mikrobuborékok, amelyek nagyon apró, mikron méretű, gázzal töltött részecskék.,
“Mikrobuborék tele gyógyszerekkel lehet beadni a testet fogják terjeszteni mindenhol, de én akkor zavarja a buborékok egy ultrahang nyaláb, valamint a kábítószer szállítjuk kifejezetten ahol a kábítószer van szükség” – mondta Beáta Chertok, egyetemi tanársegéd, a gyógyszerészeti tudományok, valamint orvosbiológiai mérnöki, a University of Michigan. A mikrobuborékok olyan anyaggal is kezelhetők, amely ultrahang nélkül tapad a daganatokhoz.
8., Elsődleges Szerkesztés
A Robot rehabilitáció segít a betegeknek a gyaloglás vagy más funkciók visszaszerzésében. Fotó: Hocoma ez az új génszerkesztési technika az alapszerkesztés és a CRISPR-Cas9 technológia sikereire épül. A Prime editing újraírja a DNS-t azáltal, hogy csak egyetlen szálat vág le az alappárok hozzáadásához, eltávolításához vagy cseréjéhez. Ez a módszer lehetővé teszi a kutatók számára, hogy több genetikai mutációt szerkesztsenek, mint a meglévő genomszerkesztő megközelítések, beleértve a CRISPR-Cas9-et is.,
További Információk: CRISPR Tech az Ebola kimutatására
a módszert eddig csak emberi és egérsejtekkel tesztelték.
“a lehetséges hatások közé tartozik, hogy képesek közvetlenül korrigálni a genetikai betegségeket okozó mutációk sokkal nagyobb hányadát, és képesek DNS-változásokat bevezetni olyan növényekbe, amelyek egészségesebb vagy fenntarthatóbb ételeket eredményeznek” – mondta David Liu, a Merkin Intézet igazgatója transzformatív technológiák az egészségügyben a Harvard és az MIT széles Intézetében.
9., Az Organ-on-a-Chip
Chip technológiák lehetővé teszik az emberi fiziológiát a testen kívül szimuláló mikroszkópos modellek kialakítását. Szervek-on-chips használják, hogy tanulmányozza a viselkedését a szövetek és szervek apró, de teljesen működőképes, mintaméretek, hogy jobban megértsék a szöveti viselkedés, a betegség progresszióját, és gyógyszerészeti kölcsönhatások.
például a gyulladásos folyamatokat meg lehet vizsgálni annak meghatározása érdekében, hogy a gyulladás hogyan alakul ki, és annak értéke a mögöttes betegségek korai figyelmeztető jelzőjeként, beleértve az autoimmun válaszokat is., A chipeken vizsgált egyéb fiziológiai folyamatok közé tartozik a trombózis, az ízületek mechanikai terhelése, valamint az öregedés.
10. Mini bioreaktorok
a nanorobotok tumorellenes gyógyszereket szállítanak. Kép: Arizona State University A bioreaktorok olyan rendszerek, amelyek támogatják a biológiailag aktív organizmusokat és azok melléktermékeit. A kisebb bioreaktorok könnyebben kezelhetők, és kisebb mintamennyiséget igényelnek., A mikrofluidikai gyártási képességek fejlődése lehetővé teszi olyan mikroszkópos bioreaktorok tervezését, amelyek enzimeket vagy más biokatalizátorokat, valamint precíziós extrakciós rendszereket tartalmazhatnak, hogy rendkívül tiszta termékeket állítsanak elő.
Ezek a rendszerek gazdasági szempontból nagy áteresztőképességű szűrést biztosítanak, csak kis mennyiségű reagens felhasználásával, a hagyományos bench-scale reaktorokhoz képest. Mivel a 3D nyomtatás finomabbá válik, lehetővé kell tenni a miniatűr bioreaktorok gyártását szokatlan áramlási útvonalakkal vagy speciálisan tervezett kultúrkamrákkal.,
jövőbeli trendek
a miniatürizálás, az anyagi újítások, a személyre szabott orvoslás és az additív gyártás kulcsfontosságú mérnöki trendek, amelyeket az orvosbiológiai kutatók szívesen beépítenek terveikbe. Ezek a technológiák valójában számos olyan új tervezési lehetőséget nyitnak meg, amelyek hagyományos gyártási módszerekkel nem voltak lehetségesek.,
Ezek az R&D előrelépések is egyre növekvő ütemben történnek—a bioengineereknek lépést kell tartaniuk a bomlasztó technológiával és innovációkkal, hogy a legjobb termékeket készítsék, és fenntartsák vagy növeljék piaci részesedésüket és a márka hírnevét.
Mark Crawford technológiai író, székhelye Corrales, N. M.