Biomedical engineering är ett snabbt utvecklande, tvärvetenskapligt område som involverar medicin, biologi, kemi, teknik, nanoteknik och datavetenskap. Bioengineers är i framkant av vetenskaplig upptäckt, skapa innovativa medicintekniska produkter, vacciner, sjukdomshanteringsprodukter, robotar och algoritmer som förbättrar människors hälsa runt om i världen.
nedan är tio av de hetaste bioengineering R& d trender händer i 2020.
1., Vävnadsteknik
levande vävnad kan tillverkas av biologiskt aktiva celler, som deponeras på biologiskt nedbrytbara ställningar under kontrollerade förhållanden. En populär deponeringsmetod är bioprinting—en process som mycket liknar 3D-utskrift, men som använder ”bioinks” som består av mänskliga celler istället för plast.
cellerna skrivs ut i tunna skikt som ackumuleras i levande vävnad eller kroppsdelar som kan implanteras. Forskare vid Wake Forest Institute for Regenerative Medicine har använt en speciell 3D-skrivare för att skapa vävnader som trivs när de implanteras i gnagare.
2., Depotplåster
Bioengineers visade möjligheten att skriva ut levande vävnadsstrukturer på en specialiserad 3D-skrivare. Foto: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine depotplåster har kommit långt sedan deras användning som en metod för att bryta nikotinberoende. Förbättringar i struktur, material och leveransmekanismer har möjliggjort ett större utbud av applikationer.
till exempel har forskare vid Nanyang Technological University i Singapore skapat en transdermal patch fylld med droger som hjälper till att bekämpa fetma., I stället för att tas oralt eller genom injektion frigörs dessa föreningar genom hundratals biologiskt nedbrytbara mikronål i plåstret som knappt tränger in i huden. När nålarna löser upp, släpps drogerna långsamt in i kroppen.
3. Bärbara enheter
sensorer, ledningar och elektronik som är flexibla, vattentäta och töjbara kan vara 3D-tryckta eller vävda i tyget., Bärbar Teknik blir mer multifunktionell och kan övervaka flera hälsoparametrar, såsom pulsfrekvens och blodtryck, som också kan överföras i realtid till en medicinsk anläggning.
ta reda på mer i Infographic: Vad är Bioengineering?
smarta kläder kontrollerar kroppstemperaturer genom att använda speciella polymerer och fuktkänsliga ventiler som öppnas vid behov. Det har föreslagits att individualiserad temperaturkontroll genom kläder kan minska byggnadens uppvärmnings-och kylkostnader med upp till 15 procent.
4., Robotic kirurger och rehabilitering
forskare skapade en läkemedelsfylld depotplåster som bekämpar fetma. Foto: Nanyang Technological University Robottillverkare gör multifunktionella robotar för att hjälpa kirurger i operationssalen. Driven av inmatning från läkare hjälper dessa robotapparater dem att manipulera instrument med hög precision på sätt som de inte kunde göra ensamma. Detta gäller särskilt för minimalt invasiva operationer.,
robotar är också till stor hjälp för människor som har drabbats av stroke eller hjärnskador, att lära motoriska uppgifter. Lokomat är till exempel ett gångträningssystem som använder ett robotiskt exoskelett och en löpband för att hjälpa patienter att återfå grundläggande gångfunktioner. Det gör det också möjligt för terapeuten att styra gånghastigheten och hur mycket stöd de robotiska benen ger till patienten.
5. Nanorobots
forskare arbetar hårt med att utforma nano-stora robotar som är tillräckligt små för att komma in i blodomloppet och utföra vissa uppgifter, till exempel döda cancerceller.,
Nanorobot mönster inkluderar DNA-baserade strukturer som innehåller cancerbekämpande läkemedel som binder endast med ett specifikt protein som finns på cancer tumörer. Efter fastsättning släpper roboten sitt läkemedel i tumören.
genom att leverera läkemedel precis där de behövs, är kroppen inte överbelastad med toxicitet, och biverkningarna är färre eller mindre intensiva, vilket förbättrar patientens erfarenhet.
6. Virtuell verklighet
smarta tyger och textilier kan känna av slitage fysiologi och svara., Foto: Uc San Diego VR är ett särskilt värdefullt verktyg inom det medicinska området på grund av hur det kan presentera detaljerade data från 3d medicinska bilder. Data kan skapa en otroligt detaljerad 3D-vy av patientens kropp, eller ett område av medicinsk oro-till exempel hjärt-kärlsystemet.
relaterad Video: Hur fungerar en Robotrör?
modellen kan undersökas från alla vinklar och intressanta platser för att bestämma det bästa sättet att utföra ett förfarande. Kirurger kan till och med träna ett komplext förfarande flera gånger innan de utför det.,
VR är också ett kritiskt undervisningsverktyg—medicinska studenter kan till exempel utföra virtuella dissektioner istället för att använda kadaver.
7. Mikrobubblor
forskare fortsätter att leta efter nya sätt att selektivt leverera läkemedel till specifika målområden och därigenom undvika skador på friska celler och vävnader. Ett unikt tillvägagångssätt är mikrobubblor, som är mycket små, mikron stora partiklar fyllda med gas.,
”mikrobubblor laddade med droger kan injiceras i kroppen, och de kommer att distribuera överallt, men jag kan sedan störa mikrobubblorna med en ultraljudsstråle och läkemedlet kommer att levereras specifikt där läkemedlet behövs”, säger Beata Chertok, biträdande professor i läkemedelsvetenskap och biomedicinsk teknik vid University of Michigan. Mikrobubblor kan också behandlas med ett ämne som gör att de följer tumörer utan behov av ultraljud.
8., Prime redigering
Robotrehabilitering hjälper patienter att återfå promenader eller andra funktioner. Foto: Hocoma denna nya genredigeringsteknik bygger på framgångar med basredigering och CRISPR-Cas9-teknik. Prime redigering skriver om DNA genom att bara skära en enda sträng för att lägga till, ta bort eller ersätta baspar. Denna metod gör det möjligt för forskare att redigera fler typer av genetiska mutationer än befintliga genomredigeringsmetoder, inklusive CRISPR-Cas9.,
Vidare läsning: CRISPR Tech för att upptäcka Ebola
hittills har metoden endast testats med human-och musceller.
”potentiella effekter inkluderar att kunna direkt korrigera en mycket större del av de mutationer som orsakar genetiska sjukdomar och att kunna introducera DNA-förändringar i grödor som resulterar i hälsosammare eller mer hållbara livsmedel”, säger David Liu, chef för Merkin Institute for Transformative Technologies in Healthcare vid The Broad Institute of Harvard och MIT.
9., Organ-on-a-Chip
Chip technologies tillåter konstruktion av mikroskala modeller som simulerar mänsklig fysiologi utanför kroppen. Organ-on-chips används för att studera beteendet hos vävnader och organ i små, men fullt funktionella, provstorlekar för att bättre förstå vävnadsbeteende, sjukdomsprogression och farmaceutiska interaktioner.
till exempel kan inflammationsprocesser studeras för att bestämma hur inflammation utlöses och dess värde som en tidig varningsindikator för underliggande medicinska tillstånd, inklusive autoimmuna svar., Andra fysiologiska processer som studerats på chips inkluderar trombos, mekanisk belastning på leder och åldrande.
10. Mini bioreaktorer
nanorobotar levererar tumörbekämpande läkemedel. Bild: Arizona State University bioreaktorer är system som stöder biologiskt aktiva organismer och deras biprodukter. Mindre bioreaktorer är lättare att hantera och kräver mindre provvolymer., Framsteg inom mikrofluidisk tillverkningskapacitet gör det nu möjligt att utforma mikroskalebioreaktorer som kan innehålla enzymer eller andra biokatalysatorer, liksom precisionsextraktionssystem, för att producera mycket rena produkter.
dessa system ger ekonomisk genomströmning screening, med endast små mängder reagens, jämfört med konventionella bench-skala reaktorer. Eftersom 3D-utskrift blir mer raffinerad bör det vara möjligt att tillverka miniatyrbioreaktorer med mer ovanliga flödesvägar eller specialdesignade kulturkammare.,
framtida trender
miniatyrisering, materialinnovationer, personlig medicin och additiv tillverkning är viktiga tekniska trender som biomedicinska forskare är angelägna om att införliva i sina mönster. Dessa tekniker öppnar faktiskt ett stort antal nya designalternativ som inte var möjliga med konventionella tillverkningsmetoder.,
dessa r&d framsteg sker också i en ständigt ökande takt-bioengineers måste hålla jämna steg med störande teknik och innovationer för att göra de bästa produkterna och upprätthålla eller öka sin marknadsandel och varumärke rykte.
Mark Crawford är en teknik författare baserad i Corrales, N. M.