生物工程
關(guān)注創(chuàng)建者：數(shù)值模擬專(zhuān)家 創(chuàng)建時(shí)間：2016-11-27
生物工程的實(shí)例教程
利用微生物發(fā)酵大規(guī)模生產(chǎn)人類(lèi)所需產(chǎn)品的技術(shù)即生物工程。
生物工程的前世今生
01
生物工程簡(jiǎn)介
生物工程是以生物學(xué)理論技術(shù)為基礎(chǔ)，定向改造生物或其功能，結(jié)合現(xiàn)代工程技術(shù)，大規(guī)模培養(yǎng)該生物，以生產(chǎn)大量有用代謝產(chǎn)物或發(fā)揮獨(dú)特生理功能的技術(shù)，主要學(xué)科包括基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程等。其應(yīng)用領(lǐng)域包括：
02
傳統(tǒng)生物工程
傳統(tǒng)生物工程是在有限天然樣本中篩選出有用微生物進(jìn)行發(fā)酵釀造的技術(shù)，如杜康釀酒、諸葛亮制饅頭都屬于該技術(shù)范疇。這些技術(shù)給人們的生活帶來(lái)了巨大改變，但因?yàn)椴涣私庾饔脵C(jī)理，應(yīng)用領(lǐng)域有限。
03
現(xiàn)代生物工程
17世紀(jì)中期，列文虎克發(fā)明了高倍顯微鏡，幫助人們了解微生物在發(fā)酵中的作用。微生物純種培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，也使發(fā)酵技術(shù)從傳統(tǒng)作坊式生產(chǎn)向大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。
1943年，通過(guò)發(fā)酵法實(shí)現(xiàn)了青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，人類(lèi)第一次擁有了高效對(duì)抗細(xì)菌感染的手段，成為一項(xiàng)引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的重要技術(shù)。
此后生物工程應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多。目前日常工作中涉及到的頭孢菌素等抗生素，β-胡蘿卜素等維生素，精氨酸等氨基酸類(lèi)藥物的設(shè)計(jì)項(xiàng)目都是現(xiàn)代生物工程的成功應(yīng)用。
生物工程的發(fā)展前景
01
生物工程的主要應(yīng)用
目前生物工程最重要的應(yīng)用是細(xì)胞工廠。
展開(kāi) The 7th International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering (BIBE2024)
生物信息與生物醫(yī)學(xué)工程國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議（BIBE2024）
http://www.icbibe.org/DefaultCn.aspx
2024年8月13-15日 / 中國(guó)呼和浩特
第七屆生物信息與生物醫(yī)學(xué)工程國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議（BIBE2024）將于2024年8月13-15日在中國(guó)呼和浩特舉辦，包括主題報(bào)告、特邀報(bào)告、口頭報(bào)告、海報(bào)展示等豐富環(huán)節(jié)。歡迎與會(huì)，共享學(xué)術(shù)草原。
隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)工程和生物信息成為日益重要的領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊，它們的互相融合和協(xié)同發(fā)展，不僅為醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供了新的機(jī)會(huì)，還為個(gè)性化醫(yī)療、疾病預(yù)測(cè)和治療等領(lǐng)域開(kāi)拓了新的可能性。BIBE系列會(huì)議專(zhuān)注于生物信息與生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，旨在提供一個(gè)交流和分享最新研究成果、技術(shù)革新、理論發(fā)展等的平臺(tái)。
展開(kāi) 近年來(lái)，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域發(fā)展迅速，智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)引人關(guān)注，生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育備受重視。
生物反應(yīng)工程：生物反應(yīng)過(guò)程的產(chǎn)品包括，生物質(zhì)，酶，初級(jí)和次級(jí)代謝產(chǎn)物，蛋白，這些可以廣泛用于制藥、食品，化學(xué)，農(nóng)業(yè)或能源生產(chǎn)。反應(yīng)器，胞外環(huán)境因素，包括反應(yīng)器設(shè)計(jì)，操作條件和培養(yǎng)基形式，對(duì)細(xì)胞代謝都有重要影響。目前，生物反應(yīng)器工程的目標(biāo)是，探索反應(yīng)器中細(xì)胞生理代謝機(jī)制，放大生物過(guò)程，滿足低成本生產(chǎn)。
中國(guó)生物反應(yīng)器工程前沿
生物反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)活細(xì)胞的復(fù)雜的代謝過(guò)程。因此，反應(yīng)器工程的核心是調(diào)控反應(yīng)器中活細(xì)胞的生理狀態(tài)。調(diào)控也是優(yōu)化和放大的關(guān)鍵。因此，鑒定反應(yīng)器中細(xì)胞的生理和代謝參數(shù)，設(shè)計(jì)合適的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，是優(yōu)化生物反應(yīng)器工程的先決條件。
1. 中國(guó)科學(xué)家的突破
生物反應(yīng)歷程中，反應(yīng)器的控制條件會(huì)影響細(xì)胞微尺度代謝，也會(huì)影響宏觀尺度代謝。因此，為了提高反應(yīng)器的性能，進(jìn)行了微觀和宏觀尺度的代謝流分析。為了放大生物過(guò)程，細(xì)胞的生理代謝狀態(tài)必需要在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模反應(yīng)器進(jìn)行重現(xiàn)和優(yōu)化。為了達(dá)到這個(gè)目的，必需進(jìn)行大反應(yīng)器的流體場(chǎng)特性的研究，來(lái)理解不同反應(yīng)器設(shè)計(jì)和控制條件導(dǎo)致的差異。宏觀生理特性變化分析+流體場(chǎng)和細(xì)胞生理代謝特性，可以增強(qiáng)反應(yīng)器放大過(guò)程。
下圖是研究者提出的一個(gè)生物反應(yīng)器增效的技術(shù)路線。
上面的這些圖片都是基于生物反應(yīng)器工程的多尺度理論。
2. 開(kāi)發(fā)可以監(jiān)測(cè)所有宏觀生理和代謝特征的參數(shù)的生物反應(yīng)器
2003年，華東理工大學(xué)張嗣良教授和儲(chǔ)炬教授，設(shè)計(jì)了一款全參數(shù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器，含有一臺(tái)反應(yīng)器，一臺(tái)電腦數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，設(shè)計(jì)圖如下所示。體積可以從幾十升到300噸。通常，實(shí)驗(yàn)室研究使用的30L或50L的體積可以直接應(yīng)用到300噸的工業(yè)發(fā)酵。
3. 海量數(shù)據(jù)過(guò)程軟件包的開(kāi)發(fā)
生物反應(yīng)器配備自動(dòng)電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集過(guò)程參數(shù)。數(shù)據(jù)采集和電腦控制形成了一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。
展開(kāi) 據(jù)外媒SlashGear報(bào)道，德克薩斯大學(xué)近日宣布，研究人員已成功將生物工程肺移植到成年豬身上。這項(xiàng)工作最近在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》發(fā)表的一項(xiàng)研究中有詳細(xì)介紹。研究人員稱移植并沒(méi)有引起并發(fā)癥。這一進(jìn)展為未來(lái)的移植接受者提供了希望。
通常情況下，器官移植需要等上幾個(gè)月甚至幾年，一些病人在匹配的器官出現(xiàn)之前就過(guò)世了。生物工程器官是解決這個(gè)問(wèn)題的有希望的解決方案，可以在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)所需的器官，然后移植到患者體內(nèi)。不過(guò)目前這在人類(lèi)身上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
然而，新發(fā)表的研究揭示了如何成功將生物工程肺移植到成年豬身上，突出了在幾年內(nèi)取得的巨大進(jìn)展。生物工程肺是使用支架制作的。研究人員解釋說(shuō)，這是使用去垢劑/糖混合物消除非同源動(dòng)物肺的所有細(xì)胞和血液，最后只留下“肺骨架”
。研究人員從豬的肺部采集生物工程肺的細(xì)胞，利用這些細(xì)胞為接受者匹配的移植肺產(chǎn)生組織。
將動(dòng)物細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)混合物放入具有肺支架的罐中，其中移植肺在30天的過(guò)程中生長(zhǎng)。在該月的生長(zhǎng)之后，將生物工程肺移植到豬中，然后在10小時(shí)至2個(gè)月的持續(xù)時(shí)間內(nèi)終止以研究移植后形成的肺組織。
根據(jù)該研究，所有接受生物工程肺的豬在接受移植后都是健康的。在某些情況下，肺部只需要兩周的時(shí)間就可以生長(zhǎng)出強(qiáng)大的血管網(wǎng)絡(luò)，這是使它們生存的關(guān)鍵組成部分。生物工程肺繼續(xù)在豬身上發(fā)育; 研究人員沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何有問(wèn)題的跡象。
假設(shè)可以獲得足夠的資金來(lái)資助這項(xiàng)研究，科學(xué)家們樂(lè)觀地認(rèn)為這種生物工程肺可以在5到10年內(nèi)用于選定的人類(lèi)患者。
展開(kāi) 
生物工程的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
生物工程的最新內(nèi)容
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析2小時(shí)前
偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1.
公司擁有30余項(xiàng)專(zhuān)利、完善的質(zhì)控體系、完整的供應(yīng)鏈；擁有占地26000平米的研發(fā)中心，掌握高科技生物工程技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)、滲透壓技術(shù)、液晶微乳化技術(shù)等多種化妝品行業(yè)核心科技。批次一致性好，品質(zhì)穩(wěn)定，月產(chǎn)能2000kg以上，產(chǎn)品出口 80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，已為雅詩(shī)蘭黛、資生堂在內(nèi)的多家一線品牌提供天然原料及系統(tǒng)化解決方案。
歡迎來(lái)自世界各地的合作伙伴驗(yàn)廠、交流合作。
偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1.
其本質(zhì)，是對(duì)人眼光學(xué)系統(tǒng)——角膜、晶狀體、瞳孔協(xié)同進(jìn)行相位調(diào)制，大腦視皮層完成神經(jīng)解碼——這一生物策略的工程化復(fù)現(xiàn)與超越。本報(bào)告系統(tǒng)論證：相位是光場(chǎng)中承載物理信息的最核心維度；對(duì)相位的主動(dòng)調(diào)制能力，決定了視覺(jué)系統(tǒng)從“看得清”邁向“看得準(zhǔn)”的根本能力。
在食品與飲料、制藥、生物工程等對(duì)衛(wèi)生安全要求極高的行業(yè)中，設(shè)備所使用的每一個(gè)零部件都必須符合嚴(yán)格的食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。作為流體控制領(lǐng)域的全球領(lǐng)先品牌，諾冠（IMI Norgren）知道這一需求的重要性，因此專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了適用于嚴(yán)苛衛(wèi)生環(huán)境的高壓比例閥系列產(chǎn)品，以滿足客戶對(duì)高潔凈度、高可靠性和高性能的多重需求。
作為該校阿拉貢工程研究所機(jī)械與生物工程多尺度（M2BE）研究團(tuán)隊(duì)的一員，她持續(xù)活躍在仿真技術(shù)的最前沿。
M2BE的成員均是計(jì)算建模、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的專(zhuān)家。Pérez和她的團(tuán)隊(duì)沒(méi)有選擇將建筑或航空航天工程等領(lǐng)域作為研究方向，而是致力于探索復(fù)雜的生物過(guò)程及癌癥機(jī)械生物學(xué)。他們的目標(biāo)是通過(guò)推動(dòng)組織工程、計(jì)算機(jī)輔助診斷和個(gè)體患者建模技術(shù)的發(fā)展，來(lái)改善醫(yī)療行業(yè)。
來(lái)自機(jī)器人、AI、生物工程、金融等不同領(lǐng)域的專(zhuān)家將共同探討具身智能的倫理、法規(guī)及商業(yè)模式。例如，當(dāng)機(jī)器人具備更高自主性時(shí)，如何界定法律責(zé)任？具身智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用如何平衡效率與隱私安全？這些問(wèn)題需要技術(shù)、法律、社會(huì)學(xué)等多方視角的碰撞。
資本對(duì)接則旨在加速技術(shù)商業(yè)化。具身智能的研發(fā)成本高昂，但其市場(chǎng)潛力巨大。
例如，藥物溶液設(shè)計(jì)、溶劑工程、生物膜相互作用等都依賴于對(duì)醇-水體系微觀結(jié)構(gòu)的深入理解。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖然能觀察到宏觀性質(zhì)變化，但在分子尺度上的機(jī)理揭示仍需借助分子動(dòng)力學(xué)模擬。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析乙醇-水混合液體系的互溶過(guò)程與氫鍵網(wǎng)絡(luò)特征，探索兩種液體互溶行為背后的分子機(jī)制。
作品名稱：K-Clip治療三尖瓣反流的數(shù)值仿真研究：數(shù)量與植入位置的影響分析
作者：復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)創(chuàng)新學(xué)院 | 居佳怡/劉暢/王盛章
關(guān)鍵詞：K-Clip、三尖瓣反流、流固耦合仿真、手術(shù)規(guī)劃
作者說(shuō)
LS-DYNA 強(qiáng)大的多物理場(chǎng)耦合能力，使結(jié)構(gòu)力學(xué)與血流動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合分析得以高精度實(shí)現(xiàn)，能夠真實(shí)展現(xiàn)瓣膜在不同 K-Clip 植入策略下的形變過(guò)程及血流動(dòng)力學(xué)變化
先進(jìn)硅基光電子平臺(tái)建設(shè)進(jìn)展
楊豐赫
上海光電科技創(chuàng)新中心 技術(shù)總監(jiān)
通孔板實(shí)現(xiàn)8533Mbps LPDDR5X的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
王夢(mèng)瑩
LCFC聯(lián)寶科技 研發(fā)經(jīng)理
K-Clip治療三尖瓣反流的數(shù)值仿真研究
王盛章
復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)創(chuàng)新學(xué)院
