Biomedical engineering er en raskt utviklende, tverrfaglig felt som involverer medisin, biologi, kjemi, teknologi, nanoteknologi, og informatikk. Bioengineers er i forkant av vitenskapelige funn, å skape innovative medisinsk utstyr, vaksiner, sykdom management produkter, roboter og algoritmer som kan forbedre helse rundt om i verden.
Nedenfor er ti av de hotteste bioteknologi R&D trender som skjer i 2020.
1., Tissue Engineering
Levende vev kan være laget av biologisk aktive celler som er deponert biologisk nedbrytbart stillaser under kontrollerte forhold. En populær deponering metoden er bioprinting—en prosess som er svært lik 3D-printing, men som bruker «bioinks» bestående av humane celler i stedet for plast.
celler skrives ut i tynne lag som hoper seg opp i levende vev eller deler av kroppen som kan bli implantert. Forskere ved Wake Forest Institute for Regenerativ Medisin har brukt en spesiell 3D-printer til å lage vev som trives når implantert i mus.
2., Depotplastre
Bioengineers viste seg at muligheten for å skrive ut levende vev strukturer på en spesialisert 3D-printer. Foto: Wake Forest Institute for Regenerativ Medisin depotplastre har kommet en lang vei siden de også brukes som en metode for å bryte nikotin avhengighet. Forbedringer i strukturen, materialer, og levering mekanismer som har aktivert et større utvalg av programmer.
For eksempel, har forskere ved Nanyang Technological University i Singapore har opprettet et depotplaster fylt med legemidler som bidrar til å bekjempe fedme., I stedet for å tas oralt eller gjennom injeksjon, disse forbindelsene er utgitt gjennom hundrevis av biologisk nedbrytbare microneedles i oppdateringen som knapt trenge gjennom huden. Som nåler oppløse, legemidler er langsomt frigjøres i kroppen.
3. Bærbare Enheter
Sensorer, kabler og elektronikk som er fleksibel, vanntett og elastisk kan være 3D-printede eller vevd inn i stoffet., Slitesterk og teknologi er stadig mer multifunksjonelle og kan overvåke flere helse-parametere, for eksempel puls og blodtrykk, som kan også bli overført i sanntid til en medisinsk innretning.
Finne Ut Mer i Infographic: Hva Er Bioteknologi?
Smart klær styrer kroppen temperaturer ved hjelp av spesielle polymerer og fuktighet-responsive ventiler som kan åpnes ved behov. Det har vært foreslått at individualisert temperatur kontroll gjennom klær kan redusere en bygning oppvarming og kjøling kostnader med opp til 15 prosent.
4., Robot Kirurger og Rehabilitering
Forskere opprettet en narkotika-fylt depotplaster som bekjemper fedme. Foto: Nanyang Technological University Robot produsenter gjør multifunksjonelle roboter til å hjelpe kirurger i operasjonsstuen. Drevet av innspill fra leger, disse robot-enheter hjelpe dem å manipulere instrumenter med høy presisjon på måter de ikke kunne gjøre alene. Dette er spesielt sant for minimalt invasiv kirurgi.,
Roboter er også svært nyttig for folk som har hatt slag eller hjerne skader, for å innlære motoriske oppgaver. For eksempel, den Lokomat er en gangart opplæring system som benytter en robot hudskjelett og en tredemølle for å hjelpe pasienter å få tilbake grunnleggende gå funksjoner. Det gjør det også terapeuten å kontrollere gå hastighet og hvor mye støtte robot bena gi den til pasienten.
5. Nanorobots
Forskere er hardt arbeid å designe nano-størrelse roboter som er små nok til å gå inn i blodbanen og utføre visse oppgaver, for eksempel å drepe kreft celler.,
Nanorobot design inkluderer DNA-baserte strukturer som inneholder kreft-bekjempelse stoffer som binder seg bare med en bestemt protein som finnes på kreftsvulster. Etter vedlegg, robot utgivelser sin stoffet inn i svulsten.
Ved å levere den farmasøytiske virkestoffer akkurat der de trengs, kroppen er ikke overlesset med toksisitet, og bivirkningene er færre eller mindre intens, forbedre pasientens opplevelse.
6. Virtuell Virkelighet
Smart stoffer og tekstiler kan føle slitasje er fysiologi og svare., Foto: UC San Diego VR er et spesielt verdifullt verktøy i det medisinske feltet, på grunn av hvordan det kan presentere den detaljerte data hentet fra 3D medisinske bilder. Dataene kan opprette en utrolig detaljert 3D-visning av pasientens kropp, eller område av medisinsk bekymring—for eksempel hjerte-og karsystemet.
i Slekt Video: Hvordan Gjør en Robot Stokk Arbeid?
– modellen kan undersøkes fra alle vinkler og punkter av interesse for å finne den beste måten å utføre en prosedyre. Kirurger kan også øve en kompleks prosedyre flere ganger før du utfører den.,
VR er også en kritisk pedagogisk verktøy—medisinske studenter, for eksempel, kunne utføre virtuelle disseksjoner i stedet for å bruke kadavre.
7. Microbubbles
Forskere fortsette å se etter nye måter å selektivt levere legemidler til spesielle satsningsområder, og dermed unngå å skade friske celler og vev. En unik tilnærming er microbubbles, som er svært små, mikron størrelse partikler som er fylt med gass.,
«Microbubbles lastet med medisiner kan injiseres inn i kroppen, og de vil distribuere overalt, men jeg kan da avbryte microbubbles av en ultralyd bredde og stoffet vil bli levert spesielt der stoffet er nødvendig,» sier Beata Chertok, assistant professor of pharmaceutical sciences og biomedical engineering ved University of Michigan. Microbubbles kan også være behandlet med et stoff som vil gjøre dem til å forholde seg til svulster uten behov for ultralyd.
8., Prime Redigering
Robot rehabilitering hjelper pasienter å få gå eller andre funksjoner. Foto: Hocoma Denne nye gen-redigering teknikken bygger på suksessen av base redigering og CRISPR-Cas9 teknologi. Prime redigering omskriver DNA ved bare å kutte en enkelt strand å legge til, fjerne eller erstatte base-par. Denne metoden tillater forskere å redigere flere typer genetiske mutasjoner enn eksisterende genom-redigering tilnærminger, inkludert CRISPR-Cas9.,
Videre Lesing: CRISPR Tech til å Oppdage Ebola
Til dato, metoden har bare blitt testet med menneske og mus celler.
«Potensielle virkninger inkluderer være i stand til direkte å rette en mye større del av mutasjoner som er årsak til genetiske sykdommer, og være i stand til å innføre DNA-endringer i avlinger som resulterer i en sunnere eller mer bærekraftig mat,» sa David Liu, leder av Merkin Institutt for Transformative Teknologi i Helse og omsorg ved Broad Institute of Harvard og MIT.
9., Organ-on-a-Chip
Chip-teknologi tillate bygging av microscale modeller som simulerer menneskelig fysiologi utsiden av kroppen. Organer-på-chips brukes til å studere atferd i vev og organer i små, men fullt funksjonell eksempel størrelser for å bedre forstå vev atferd, progresjon av sykdommen, og farmasøytisk interaksjoner.
For eksempel, betennelse prosesser kan studeres for å finne ut hvordan betennelse er utløst og sin verdi som en tidlig varsling indikator for underliggende medisinske tilstander, inkludert autoimmune reaksjoner., Andre fysiologiske prosesser studert på chips inkluderer trombose, mekanisk legge på leddene, og aldring.
10. Mini Bioreactors
Nanorobots levere svulst bekjempelse av narkotika. Bilde: Arizona State University Bioreactors er systemer som støtter biologisk aktive organismer og deres produkter. Mindre bioreactors er enklere å administrere, og krever mindre eksempel volumer., Fremskritt i microfluid fabrikasjon evner nå gjør det mulig å designe microscale bioreactors som kan innlemme enzymer eller andre biocatalysts, samt presisjon utvinning systemer, for å produsere svært rene produkter.
Disse systemene gir økonomisk høy gjennomstrømning screening, ved hjelp av bare små mengder av reagenser, sammenlignet med konvensjonelle benk-skala reaktorer. Som 3D-printing blir mer raffinert, det bør være mulig å produsere miniatyr bioreactors med mer uvanlig flow stier eller spesielt utformet kultur kamre.,
Fremtidige Trender
Miniatyrisering, materiale innovasjoner, personlig medisin, og additiv produksjon er viktige engineering trender som biomedisinske forskere som er ivrige etter å innlemme i deres design. Disse teknologiene, faktisk, åpne opp en rekke nye design valg som ikke var mulig å bruke konvensjonelle produksjonsmetoder.,
Disse R&D fremskritt er også skjer på en stadig økende rente—bioengineers må holde tritt med disruptiv teknologi og innovasjoner for å lage de beste produktene og opprettholde eller øke sin markedsandel og merkevare omdømme.
Mark Crawford er en teknologi som skribent basert i Corrales, N. M.