شهریور ۲۵, ۱۳۹۵ 0

گذری بر گرایش‌های مهندسی زیست پزشکی (بخش دوم)

نوشته شده توسط :arezuysf درشهریور ۲۵, ۱۳۹۵

مروری بر گرایش‌های بنیادی-نظری
بیومکانیک
بیومکانیک عبارت است از تحلیل مکانیکی ارگان‌های موجودات زنده. در واقع بیومکانیک ، کاربرد علم مکانیک در سیستم‌های بیولوژیکی است. در بیومکانیک ، مکانیزم سلولی ،‌ حرکت و رشد اعضاء بدن ، سیستم شریانی و عملکرد و ساختار استخوان‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرند. همچنین مباحثی مانند: ویسکوالاستیسیته ، رئولوژی ، مکانیک بافت نرم و سخت (خزش ، خستگی و شکست) ، سیال غیرنیوتنی ،‌ ترمیم ، همودینامیک ، ارگونومی ، بیورباتیک ، رباتیک در جراحی ، حس لامسه مصنوعی ، اعضاء و اندام های مصنوعی ، انتقال جرم ، اجرای صحیح حرکات ورزشی ، تحلیل حرکت راه رفتن ، مکانیک سیالات زیستی و … مطرح می‌شوند.

bioengineering-03

زیست شیمی
زیست‌شیمی یا بیوشیمی یا شیمی حیات مطالعه‌ی فرایندهای شیمیایی در سازواره‌های زیستی است. زیست‌شیمی با ساختار و عملکرد اجزاء سلولی مثل پروتئین‌ها ، کربوهیدارت‌ها ، لیپیدها ، اسیدهای نوکلئیک  و انواع دیگر زیست مولکول‌ها سر و کار دارد. هدف زیست‌شناسی شیمیایی ، پاسخ دادن به سوال‌هایی است که از زیست‌شیمی ناشی می‌شوند. دانش زیست شیمی که در آن از روش‌های شیمیدانان برای درک و شناخت فرایندهای فناوری زیستی که درون موجودات زنده روی می دهد استفاده می‌شود ، دارای اهمیت روز افزونی است ؛ تمام گیاهان و جانوران از ترکیب‌های شیمیایی ساخته شده‌اند و وظیفه‌ی زیست شیمیدان‌ها آن است که ساختمان این مواد و نقش آن‌ها را در حیات موجودات زنده بررسی و شناسایی کنند. کربوهیدرات ها ، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک ، فقط تعدادی از مولکول‌های شیمیایی هستند که موضوع مطالعه‌ی زیست شیمیدان‌ها به شمار می‌آیند. در یکی از شاخه‌های این علم از این مطالعات برای تولید واکسن‌های مقابله کننده با بیماری‌های ویروسی نظیر اوریون استفاده می‌شود. زیست شیمیدان‌ها در زمینه‌ی درمان بیماری‌هایی چون ایدز و سرطان نیز فعالیت می‌کنند.
بیوالکترومغناطیس
به طور کلی تمامی کاربردهای الکترومغناطیس در بیولوژی در حوزه بیوالکترومغناطیس قرار می گیرند. اگر بخواهیم تعریفی برای بیوالکترومغناطیس ارائه دهیم ؛ می توانیم بگوییم: بیوالکترومغناطیس رشته ای نوین و علمی است که به بررسی پدیده‌های الکترومغناطیسی ناشی از سیستم‌های بیولوژیکی و تأثیر امواج الکترومغناطیسی خارجی بر روی این سیستم‌ها می پردازد. پیشرفت‌های سریع تکنولوژی در الکترونیک ، الکترومغناطیس و علوم کامپیوتر زندگی روزمره ما را در برگفته اند. این پیشرفت‌ها همچنین عرصه را برای بهبود روش‌ها و وسایل پزشکی موجود و تولید روش‌ها  و وسایل جدید مهیا کرده اند. خصوصاً پیشرفت‌های صورت گرفته در تکنولوژی مایکروویو و فرکانس رادیویی ، راه را برای ارائه روش‌های تشخیصی و درمانی جدید هموار کرده‌اند. در حال حاضر تحقیقات گسترده‌ای در حوزه هایی چون کاردیولوژی ، اورولوژی ، چشم پزشکی ، جراحی ، درمان سرطان ، تصویربرداری از بافت‌ها و غیره در حال انجام است.
حوزه‌های تحقیقاتی و کاربردهای بیوالکترومغناطیس عبارتند از:
• بهبود شکستگی استخوان با اعمال میدان‌های الکتریکی
• هایپرترمیا تراپی (گرما افزایی) یا مقابله با سلول‌های سرطانی به کمک حرارت بالای بافت
• درمان ناهنجاری‌های قلبی توسط تحریک الکتریکی یا مغناطیسی قلب
• زیست مواد
بیومتریال‌ها موادی هستند که در طراحی کاشتنی‌های پزشکی ، ابزار پزشکی ، تشخیص و درمان در داروسازی ، جراحی ، دندانپزشکی ، پزشکی هسته ای و علوم پایه پزشکی به‌کار برده می‌شود.
ویژگی منحصر بودن این مواد نسبت به مواد دیگر همان زیست سازگاری آن‌ها است ، استفاده از بیومتریال‌ها تا هنگام ظهور تکنیک جراحی تمیز و ضدعفونی کننده که لیست آن را در دهه ۱۸۶۰ میلادی توسعه داد ، عملی نشد. اولین کشت‌های موفق همانند بسیاری از انواع جدید موجود در چارچوب اسکلت بدن به کار رفت. پلاک یا صفحه‌های شکسته بندی استخوان در اوایل دهه ۱۹۰۰ میلادی به منظور تثبیت و بستن شکستگی‌ها  معرفی شد. در ادامه کار انتخاب و تأمین مواد و طراحی‌های بهتر پیگیری شد تا آنکه منجر به معرفی فولادهای ضدزنگ و آلیاژهای کروم-کبالت در ۱۹۳۰ شد به این ترتیب موفقیت بیشتری در اجزای تثبیت شکستگی حاصل شد و اولین جراحی تعویض مفصل به انجام رسید. پلی متیل متاکریلات به طور گسترده برای جایگزینی قرنیه و نیز جهت جایگزین سازی بخش‌های صدمه دیده استخوان جمجمه سر مورد استفاده قرار گرفت. پیشرفت‌های بیشتری در مواد و تکنیک‌های جراحی فراهم شد و تعویض رگ خون در سال ۱۹۵۰ میلادی مورد آزمایش قرار گرفت. تعویض دریچه‌های قلب و تعویض مفصل با استفاده از سیمان در ۱۹۶۰ میلادی انجام شد و درسال‌های اخیر نیز پیشرفت‌های بی شماری در این زمینه حاصل شده است.
زمینه‌های کاری:
الف) سنتز و تولید انواع مواد زیست سازگار
ب) بررسی خواص مواد از دیدگاه زیست سازگاری
ج) توسعه مواد زیست سازگار جدید

bioengineering-04

بیوانفورماتیک
در چند دهه اخیر ، پیشرفت در زیست‌شناسی مولکولی و تجهیزات مورد نیاز در این زمینه ، باعث افزایش سریع تعیین توالی ژنوم بسیاری از گونه‌های موجودات شد ؛ تا جایی که پروژه‌های تعیین توالی ژنوم‌ها از پروژه‌های بسیار رایج به حساب می‌آیند. امروزه توالی ژنوم بسیاری از موجودات ساده مانند باکتری‌ها تا موجودات بسیار پیشرفته چون یوکاریوت‌های پیچیده شناسایی شده است. پروژه شناسایی ژنوم انسان در سال ۱۹۹۰ آغاز شد و در سال ۲۰۰۳ پایان یافت و اکنون اطلاعات کامل مربوط به توالی هر ۲۴ کروموزوم انسان موجود است تا مسائل زیست شناختی را که معمولاً در سطح مولکولی هستند ، حل کنند. بیوانفورماتیک بر روی تنظیم توالی ، کشف ژن ، گردآوری ژنوم ، تنظیم ساختار پروتئینی ، پیشگویی ساختار پروتئینی ، پیش‌بینی عبارت ژن و تعاملات پروتئین-پروتئین و مدلسازی تکامل تمرکز دارد. علم بیوانفورماتیک یا زیست شناسی محاسباتی ، استفاده از تکنیک‌هایی مانند ریاضی کاربردی ، انفورماتیک ، آمار ، علوم کامپیوتر ، هوش‌مصنوعی ، شیمی و بیوشیمی را دربردارند تا مسائل زیست‌شناختی را که معمولاً در سطح مولکولی هستند ، حل کنند.
اهمیت بیوانفورماتیک در بخش‌های مختلف عبارتند از:
• بر هم کنش پروتئین‌ها در موجودات زنده
• شناسایی توالی‌های ژن و پروتئین موجودات مختلف
• پیش بینی ساختار سوم پروتئین‌ها
• بیوانفورماتیک در مدلسازی
• کشف داروهای جدید

 

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

طراحی و پیاده سازی : آژانس خلاقیت سایتینجا آژانس خلاقیت سایتینجا