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1、生生物物与与医医学学工工程程工工工工 程程程程 ? ?生物医学工程？生物医学工程？生物医学工程？生物医学工程？生物工程？生物工程？生物工程？生物工程？工程工程工程工程工程 Engineering Engineering 有判断地动用从研究、试验和专业实践中所获得的有判断地动用从研究、试验和专业实践中所获得的数学和自然科学知识，制定各种能够经济地利用自然资数学和自然科学知识，制定各种能够经济地利用自然资源和自然力的方法，为人类谋福利的一项专业。源和自然力的方法，为人类谋福利的一项专业。工程学工程学工程学工程学: : 应用应用科学科学和和技术技术的原理来解决人类问题。的原理来解决人类问题。 包含电
2、子技术、计算机技术、信息技术、材料科学等包含电子技术、计算机技术、信息技术、材料科学等. .应用科学应用科学生物医学工程Biomedical EngineeringBiomedical Engineering，BMEBME2020世纪世纪5050年代诞生年代诞生促成因素：需求促成因素：需求+手段手段美国美国 国际医学电子学联合会国际医学电子学联合会 （19591959） International Federation for Medical Electronics and Biological Engineering International Federation for Medical
3、Electronics and Biological Engineering 国际医学和生物工程联合会国际医学和生物工程联合会，IFMBE IFMBE （19651965） International Federation for Medical and Biological EngineeringInternational Federation for Medical and Biological Engineering 国际生物医学工程学会国际生物医学工程学会国际生物医学工程学会国际生物医学工程学会一、生物医学工程学的定义（一、生物医学工程学的定义（一、生物医学工程学的定义（一、生物医学工
4、程学的定义（NIH)NIH)结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学原理原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究；提出基从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，开发创本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，信息学方法，用于用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的改善卫生状况等目的是工程技术在生物学和医学上的应用，是以人的生命运是工程技术在生物学和医
5、学上的应用，是以人的生命运动的认识为核心的多学科的综合。动的认识为核心的多学科的综合。形成与发展模式形成与发展模式 通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中的新技通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中的新技术、原理、方法应用于医疗装置的研制、以满足临床诊术、原理、方法应用于医疗装置的研制、以满足临床诊治的需要。治的需要。二、生物医学工程学的层次结构二、生物医学工程学的层次结构二、生物医学工程学的层次结构二、生物医学工程学的层次结构整体层次整体层次整体层次整体层次系统、器官、组织层次系统、器官、组织层次系统、器官、组织层次系统、器官、组织层次微观或细观层次微观或细观层次微观或细观层次微观或
6、细观层次1. 1. 整体层次整体层次整体层次整体层次人人人人- -机环境系统工程中的生物医学工程问题机环境系统工程中的生物医学工程问题机环境系统工程中的生物医学工程问题机环境系统工程中的生物医学工程问题中医工程中医工程中医工程中医工程2. 2. 系统、器官、组织层次系统、器官、组织层次系统、器官、组织层次系统、器官、组织层次人体器官、组织的某些工程的补偿技术或代用装置及人人体器官、组织的某些工程的补偿技术或代用装置及人人体器官、组织的某些工程的补偿技术或代用装置及人人体器官、组织的某些工程的补偿技术或代用装置及人工生物医学材料工生物医学材料工生物医学材料工生物医学材料医用传感器和人体参数测量技
7、术，特别是无创伤性诊断医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创伤性诊断医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创伤性诊断医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创伤性诊断技术和装置技术和装置技术和装置技术和装置新型的医疗技术装备的系统监测装置新型的医疗技术装备的系统监测装置新型的医疗技术装备的系统监测装置新型的医疗技术装备的系统监测装置3.3.微观或细观层次微观或细观层次微观或细观层次微观或细观层次 主要指细胞和生物大分子层次的生物医学工程问题主要指细胞和生物大分子层次的生物医学工程问题主要指细胞和生物大分子层次的生物医学工程问题主要指细胞和生物大分子层次的生物医学工程问题生物反应器的设计和运转程
8、序的优化问题生物反应器的设计和运转程序的优化问题生物反应器的设计和运转程序的优化问题生物反应器的设计和运转程序的优化问题高效、快速地分离技术装置高效、快速地分离技术装置高效、快速地分离技术装置高效、快速地分离技术装置生物系统的控制与生物物质分离中需要的生物传感器与生物系统的控制与生物物质分离中需要的生物传感器与生物系统的控制与生物物质分离中需要的生物传感器与生物系统的控制与生物物质分离中需要的生物传感器与检测、控制技术检测、控制技术检测、控制技术检测、控制技术生物芯片相关技术生物芯片相关技术生物芯片相关技术生物芯片相关技术三、研究范围三、研究范围三、研究范围三、研究范围基础理论研究基础理论研究
9、基础理论研究基础理论研究应用基础与应用研究应用基础与应用研究应用基础与应用研究应用基础与应用研究1. 1. 基础理论研究基础理论研究基础理论研究基础理论研究生物力学生物力学生物力学生物力学生物物理生物物理生物物理生物物理生物系统的建模仿真及控制生物系统的建模仿真及控制生物系统的建模仿真及控制生物系统的建模仿真及控制2. 2. 应用基础与应用研究应用基础与应用研究应用基础与应用研究应用基础与应用研究生物材料和人工器官生物材料和人工器官生物材料和人工器官生物材料和人工器官生物医学信号的检测与处理生物医学信号的检测与处理生物医学信号的检测与处理生物医学信号的检测与处理医学图像技术医学图像技术医学图像
10、技术医学图像技术医学物理医学物理医学物理医学物理生物医学仪器生物医学仪器生物医学仪器生物医学仪器1.1.经验医学到实验医学的转变经验医学到实验医学的转变经验医学到实验医学的转变经验医学到实验医学的转变2.2.医学听诊技术的建立医学听诊技术的建立医学听诊技术的建立医学听诊技术的建立3.3.心电图学的形成心电图学的形成心电图学的形成心电图学的形成4.4.放射医学的创建放射医学的创建放射医学的创建放射医学的创建5.5.超声医学的创建超声医学的创建超声医学的创建超声医学的创建6.6.医用官学医用官学医用官学医用官学7.7.人工器官人工器官人工器官人工器官8.8.各种诊断治疗仪器各种诊断治疗仪器各种诊断
11、治疗仪器各种诊断治疗仪器四、对医学发展的贡献生物工程2020世纪世纪世纪世纪7070年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。生物工程的范围非常广，凡是以有生命物质作为手段来影响或改生物工程的范围非常广，凡是以有生命物质作为手段来影响或改生物工程的范围非常广，凡是以有生命物质作为手段来影响或改生物工程的范围非常广，凡是以有生命物质作为手段来影响或改变无生命现象，或用各种自然科学的方法、技术来影响或改变有变无生命现象，或用各种自然科学的方法、技术来影响或改变有变无生命现象
12、，或用各种自然科学的方法、技术来影响或改变有变无生命现象，或用各种自然科学的方法、技术来影响或改变有生命现象的自然过程，以达到为人类服务的目的，都可以包含在生命现象的自然过程，以达到为人类服务的目的，都可以包含在生命现象的自然过程，以达到为人类服务的目的，都可以包含在生命现象的自然过程，以达到为人类服务的目的，都可以包含在生物工程范畴之内。生物工程范畴之内。生物工程范畴之内。生物工程范畴之内。 涉及许多学科：微生物学、生物学、遗产学、分子生物学、物理涉及许多学科：微生物学、生物学、遗产学、分子生物学、物理涉及许多学科：微生物学、生物学、遗产学、分子生物学、物理涉及许多学科：微生物学、生物学、遗
13、产学、分子生物学、物理学、生物化学、化学工程等学、生物化学、化学工程等学、生物化学、化学工程等学、生物化学、化学工程等涉及许多生产部门：工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能涉及许多生产部门：工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能涉及许多生产部门：工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能涉及许多生产部门：工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能源、环境保护等源、环境保护等源、环境保护等源、环境保护等生物工程与生物学一级学科并列的生物工程学科于与生物学一级学科并列的生物工程学科于19981998年设置了生物工程专年设置了生物工程专业业，生物工程专业的历史可追溯到，生物工程专业的历史可追溯到2020世
14、纪世纪4040年代的发酵工学、年代的发酵工学、5050年年代的抗生素专业、代的抗生素专业、8080年代的生物化学工程和生物化工。在年代的生物化学工程和生物化工。在19981998年本年本科专业目录中，明确属于工学的生物工程专业包括了原来的生物化工科专业目录中，明确属于工学的生物工程专业包括了原来的生物化工（部分）、微生物制药、生物化学工程（部分）、发酵工程等四个专（部分）、微生物制药、生物化学工程（部分）、发酵工程等四个专业，从而大大拓宽了专业口径。此外，在本科专业目录中首次将生物业，从而大大拓宽了专业口径。此外，在本科专业目录中首次将生物工程作为工学门类中的一种，与化学工程、轻工等并列，单独
15、列出具工程作为工学门类中的一种，与化学工程、轻工等并列，单独列出具有划时代意义。有划时代意义。 生物工程是由微生物学、化学、生物化学、化学工程和计算机科学等生物工程是由微生物学、化学、生物化学、化学工程和计算机科学等相互交叉发展而成的一门复合性学科相互交叉发展而成的一门复合性学科, , 被视为被视为 21 21 世纪三大前沿学科世纪三大前沿学科之一之一，是生命科学通向应用领域的桥梁学科。，是生命科学通向应用领域的桥梁学科。 生物工程是该学科目前的唯一专业。生物工程是该学科目前的唯一专业。一、生物工程学的定义一、生物工程学的定义一、生物工程学的定义一、生物工程学的定义一般认为是以一般认为是以生物
16、学生物学( (特别是其中的微生物学、遗传学、特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学生物化学和细胞学) )的理论和技术为基础，结合的理论和技术为基础，结合化工化工、机械机械、电子计算机电子计算机等现代工程技术，充分运用等现代工程技术，充分运用分子生物分子生物学学的最新成就，自觉地操纵的最新成就，自觉地操纵遗传物质遗传物质，定向地改造生物，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类通过合适的生物反应器对这类“ “工程菌工程菌” ”或或“ “工程细胞工程细胞株株” ”进行大规模的培养，以生产大量有用
17、代谢产物或发进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。挥它们独特生理功能一门新兴技术。又称生物技术或生物工艺又称生物技术或生物工艺, ,是在分子生物学和细胞学基础上发展起来的一是在分子生物学和细胞学基础上发展起来的一个新兴的技术领域个新兴的技术领域, ,生物工程就是对生物进行创造设计生物工程就是对生物进行创造设计, ,即通过生命有机即通过生命有机体在分子水平、细胞水平、组织水平和个体水平上进行不同层次的设计。体在分子水平、细胞水平、组织水平和个体水平上进行不同层次的设计。是指利用生物有机体（包括微生物和动、植物）或其组成部分（包括器是指利用生物有机体（包括微生
18、物和动、植物）或其组成部分（包括器官、组织、细胞、细胞器）和组成成分（包括官、组织、细胞、细胞器）和组成成分（包括DNADNA、RANRAN、蛋白质、酶、蛋白质、酶、多糖、抗体等），形成新的技术手段来发展新产品和新工艺的一种技术多糖、抗体等），形成新的技术手段来发展新产品和新工艺的一种技术体系，也是采用先进生物学和工程学技术，有目的、有计划定向加工制体系，也是采用先进生物学和工程学技术，有目的、有计划定向加工制造生物产品的一个新兴技术领域。造生物产品的一个新兴技术领域。 生物工程生物工程( (第二版第二版) )王旻主编王旻主编 中国医药科技出版社中国医药科技出版社 二、生物工程的研究内容二、生
19、物工程的研究内容二、生物工程的研究内容二、生物工程的研究内容细胞工程细胞工程基因工程基因工程微生物工程微生物工程酶工程酶工程蛋白质工程（又称蛋白质工程（又称 第二代基因工程）第二代基因工程）生物反应器工程生物反应器工程1. 1. 细胞工程细胞工程细胞工程细胞工程细胞水平细胞水平细胞水平细胞水平三个阶段三个阶段三个阶段三个阶段 到到2020世纪世纪7070年代年代细胞技术、核型分析技术、细胞融合技术及其应用细胞技术、核型分析技术、细胞融合技术及其应用 7070年代后期到年代后期到8080年代年代与基因工程结合，应用与基因工程结合，应用DNADNA导入技术分析人体基因的微细结导入技术分析人体基因的
20、微细结构构 8080年代后期起年代后期起以基因打靶为基础，与胚胎发生工程结构成为新的研究发展趋势，以基因打靶为基础，与胚胎发生工程结构成为新的研究发展趋势，分支：分支：分支：分支： 按研究对象按研究对象微生物细胞工程、植物细胞工程、动物细胞工程微生物细胞工程、植物细胞工程、动物细胞工程 按研究层次按研究层次基因工程、染色体工程、染色体组工程、细胞质工程、细胞合并工程基因工程、染色体工程、染色体组工程、细胞质工程、细胞合并工程2.2.基因工程基因工程基因工程基因工程又称：遗传工程又称：遗传工程又称：遗传工程又称：遗传工程三个水平：广义三个水平：广义三个水平：广义三个水平：广义 整体水平整体水平通
21、过生物有性杂交发生通过生物有性杂交发生 细胞水平细胞水平细胞融合等单克隆抗体技术细胞融合等单克隆抗体技术 分子水平分子水平基因交换发生在同一染色体内，或在两个基因交换发生在同一染色体内，或在两个 染色体之间，甚至一个生物体的基因插入另一个生染色体之间，甚至一个生物体的基因插入另一个生 物体的染色体中。物体的染色体中。基因工程技术是生物工程技术的最重要内容之一。基因工程技术是生物工程技术的最重要内容之一。基因工程技术是生物工程技术的最重要内容之一。基因工程技术是生物工程技术的最重要内容之一。3.3.微生物工程微生物工程微生物工程微生物工程又称发酵工程，以微生物作为基础，通过对微生物生长又称发酵工
22、程，以微生物作为基础，通过对微生物生长与代谢过程中的各种调控，达到所需产物的目的。与代谢过程中的各种调控，达到所需产物的目的。2020世纪世纪4040年代初成为真正的科学技术年代初成为真正的科学技术 抗生素大规模深层发酵工艺的建立抗生素大规模深层发酵工艺的建立4. 4. 酶工程酶工程酶工程酶工程包括酶的生产、分离、纯化、修饰、固定化以及酶以溶包括酶的生产、分离、纯化、修饰、固定化以及酶以溶解状态或固定状态的使用和在各类反应器系统中的使用解状态或固定状态的使用和在各类反应器系统中的使用等。等。起源于生物化学，仅仅依靠微生物学、化学及加工工程起源于生物化学，仅仅依靠微生物学、化学及加工工程学，并与
23、基因工程密切相关。学，并与基因工程密切相关。5.5.生物反应器工程生物反应器工程生物反应器工程生物反应器工程生物医学工程与生物工程从严格的定义来看，生物医学工程应包含生物工程。从严格的定义来看，生物医学工程应包含生物工程。从严格的定义来看，生物医学工程应包含生物工程。从严格的定义来看，生物医学工程应包含生物工程。生物医学工程和生物技术是构成生物工程的两个基本组成部生物医学工程和生物技术是构成生物工程的两个基本组成部生物医学工程和生物技术是构成生物工程的两个基本组成部生物医学工程和生物技术是构成生物工程的两个基本组成部分。分。分。分。形成两个分支：形成两个分支：形成两个分支：形成两个分支： 生物
24、医学工程生物医学工程生物医学工程生物医学工程以人为对象的生物工程，也称以人为对象的生物工程，也称以人为对象的生物工程，也称以人为对象的生物工程，也称“ “医学工程医学工程医学工程医学工程” ”. . 生物工程生物工程生物工程生物工程以无生命物质或生物体为对象，侧重生物有机以无生命物质或生物体为对象，侧重生物有机以无生命物质或生物体为对象，侧重生物有机以无生命物质或生物体为对象，侧重生物有机体或生物生化的特定过程，也称体或生物生化的特定过程，也称体或生物生化的特定过程，也称体或生物生化的特定过程，也称“ “生物技术生物技术生物技术生物技术” ”. . 生物工程生物工程生物工程生物工程 Bioen
25、gineeringBioengineering 生物技术生物技术生物技术生物技术 Biotechnology Biotechnology 生物医学工程生物医学工程生物医学工程生物医学工程Biomedical Engineering Biomedical Engineering 医学工程医学工程医学工程医学工程Medical EngineeringMedical Engineering美国大学美国大学20072007年年biomedical/bioengineeringbiomedical/bioengineering生物工程专业排名生物工程专业排名http:/ Johns Hopkins Un
26、iversity Johns Hopkins University 加利福尼亚大学圣地亚哥分校加利福尼亚大学圣地亚哥分校加利福尼亚大学圣地亚哥分校加利福尼亚大学圣地亚哥分校 University of CaliforniaUniversity of California San Diego San Diego 佐治亚理工学院佐治亚理工学院佐治亚理工学院佐治亚理工学院 Georgia Institute of TechnologyGeorgia Institute of Technology华盛顿大学华盛顿大学华盛顿大学华盛顿大学 University of WashingtonUniversi
27、ty of Washington杜克大学杜克大学杜克大学杜克大学 Duke UniversityDuke University宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学宾夕法尼亚大学 University of PennsylvaniaUniversity of Pennsylvania波士顿大学波士顿大学波士顿大学波士顿大学 Boston University Boston University 麻省理工学院麻省理工学院麻省理工学院麻省理工学院 Massachusetts Institute of Technology (MIT) Massachusetts Institute of Tec
28、hnology (MIT) 凯斯西储大学凯斯西储大学凯斯西储大学凯斯西储大学 Case Western Reserve University Case Western Reserve University 莱斯大学莱斯大学莱斯大学莱斯大学 Rice University Rice University 密歇根大学密歇根大学密歇根大学密歇根大学- -安娜堡分校安娜堡分校安娜堡分校安娜堡分校 University of MichiganUniversity of Michigan Ann ArborAnn ArborStandfordTHE MISSION OF STANFORDS DEPARTM
29、ENT OF THE MISSION OF STANFORDS DEPARTMENT OF BIOENGINEERINGBIOENGINEERING IS TO CREATE IS TO CREATE A FUSION OF ENGINEERING A FUSION OF ENGINEERING AND THE LIFE SCIENCESAND THE LIFE SCIENCES THAT PROMOTES SCIENTIFIC THAT PROMOTES SCIENTIFIC DISCOVERY AND THE DEVELOPMENT OF NEW BIOMEDICAL DISCOVERY
30、AND THE DEVELOPMENT OF NEW BIOMEDICAL TECHNOLOGIES AND THERAPIES THROUGH RESEARCH AND TECHNOLOGIES AND THERAPIES THROUGH RESEARCH AND EDUCATION. EDUCATION. THE DEPARTMENT OF BIOENGINEERING IS JOINTLY THE DEPARTMENT OF BIOENGINEERING IS JOINTLY SUPPORTED BY THE SCHOOLS OF MEDICINE AND SUPPORTED BY TH
31、E SCHOOLS OF MEDICINE AND ENGINEERING. IT INCLUDES, IN A SINGLE DEPARTMENT, ENGINEERING. IT INCLUDES, IN A SINGLE DEPARTMENT, RESEARCH AND TEACHING PROGRAMS THAT EMBRACE RESEARCH AND TEACHING PROGRAMS THAT EMBRACE BIOLOGY AS A NEW ENGINEERING PARADIGM AND APPLY BIOLOGY AS A NEW ENGINEERING PARADIGM
32、AND APPLY ENGINEERING PRINCIPLES TO MEDICAL PROBLEMS AND ENGINEERING PRINCIPLES TO MEDICAL PROBLEMS AND BIOLOGICAL SYSTEMS.BIOLOGICAL SYSTEMS.ResearchBiomedical ComputationBiomedical ComputationBiomedical DevicesBiomedical DevicesBiomedical ImagingBiomedical ImagingCell & Molecular EngineeringCell &
33、 Molecular EngineeringRegenerative MedicineRegenerative MedicineImperial CollegeBiomedical Systems Biomedical Systems Medical signal processing, imaging and information systems Modelling biological complex systems Medical circuits and devices Neurotechnology Robotic assistive devices Sensorimotor co
34、ntrol in flying insects Neural prosthetics Rehabilitation devices and robotics Neuromuscular control Reverse engineering vision Biologically inspired circuits and systems Biosensors for monitoring neurochemicals Computational neural modelling Neural coding Two photon brain imagingPhysiological mecha
35、nics Physiological mechanics Musculoskeletal mechanicsMusculoskeletal mechanics Respiratory mechanicsRespiratory mechanics Ocular MechanicsOcular Mechanics 结合本课程的授课内容结合本课程的授课内容结合本课程的授课内容结合本课程的授课内容, , 谈谈学习体会谈谈学习体会谈谈学习体会谈谈学习体会(1000(1000字）字）字）字） 1 1、对生物工程专业和生物医学工程专业的理解、对生物工程专业和生物医学工程专业的理解; ; 2 2、对未来学习的规划。、对未来学习的规划。谈谈生物工程专业和生物医学工程专业的认识。谈谈生物工程专业和生物医学工程专业的认识。
