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生物工学または バイオエンジニアリングとは、生物学の原理と工学のツールを応用して、実用的で具体的な経済的に実現可能な製品を作り出すことです。[ 1 ] 生物工学は、物質移動と熱伝達、反応速度論、生体触媒、生体力学、バイオインフォマティクス、分離および精製プロセス、バイオリアクター設計、表面科学、流体力学、熱力学、高分子科学など、多くの純粋科学および応用科学の知識と専門知識を活用します。[2]医療機器、診断機器、生体適合性材料、再生可能エネルギー、生態工学、農業工学、プロセス工学および触媒作用、その他社会の生活水準を向上させる分野の設計に使用されます。
バイオエンジニアリング研究の例としては、化学物質を生成するように遺伝子操作された細菌、新しい医療画像技術、携帯型で迅速な疾患診断装置、人工装具、バイオ医薬品、組織工学で作られた臓器などが挙げられる。[ 3 ] [ 4 ] バイオエンジニアリングは、バイオテクノロジーや生物医学と大きく重なり合っており、これは他のさまざまな形態の工学や技術が他のさまざまな科学とどのように関連しているか（例えば、航空宇宙工学やその他の宇宙技術が運動学や天体物理学と関連しているなど）に類似している。
一般的に、生物工学者は生物システムを模倣して製品を作成したり、生物システムを改変・制御したりしようと試みます。医師、臨床医、研究者と協力しながら、生物工学者は従来の工学原理と技術を用いて、化学的および機械的プロセスを置き換えたり、増強したり、維持したり、予測したりする方法など、生物学的プロセスに取り組んでいます。[ 5 ] [ 6 ]
生物工学は、化学工学、電気工学、機械工学[ 7 ]がそれぞれ化学、電気と磁気、古典力学に基づいているのと同様に、生物科学に基づいている科学ベースの学問分野である。[ 8 ]
生物工学は工学の一分野として認識され始め、人々にとっては新しい概念でした。第二次世界大戦後、生物工学は急速に発展し、1954年にイギリスの科学者で放送局員のハインツ・ウォルフが国立医学研究所で「バイオエンジニアリング」という用語を造語しました。ウォルフはその年に卒業し、オックスフォード大学の生物工学部門のディレクターになりました。バイオエンジニアリングが大学で独立した分野として認められたのはこれが初めてでした。この分野の初期の焦点は、当時医療機器や機械の研究が行われていたため、電気工学でした。[ 9 ]
エンジニアと生命科学者が協力し始めたとき、エンジニアは自分たちの仕事の背後にある実際の生物学について十分な知識を持っていないことに気づきました。この問題を解決するために、生物工学に携わりたいエンジニアは、生物学、心理学、医学のプロセスを研究することにより多くの時間を費やしました。[ 10 ]
近年では、生物工学という用語は、表土保護、斜面安定化、水路や海岸線の保護、防風林、防音壁や遮蔽物を含む植生バリア、そして地域の生態系改善といった環境改変にも適用されるようになった。他の工学分野も生物を対象とするため、生物工学という用語は、農業工学を含むより広範な分野にも適用できる。
米国で最初の生物工学プログラムは、1966 年にカリフォルニア大学サンディエゴ校で開始されました。 [ 11 ]より最近のプログラムは、 MIT [ 12 ]とユタ州立大学 で開始されています。[ 13 ]世界中の大学の多くの古い農業工学科は、農業および生物工学または農業およびバイオシステム工学としてブランド名を変更しました。MITのダグ・ラウフェンバーガー教授によると、 [ 12 ] [ 14 ]生物工学は、分子レベル (分子生物学、生化学、微生物学、薬理学、タンパク質化学、細胞学、免疫学、神経生物学、神経科学) から細胞および組織ベースのシステム (デバイスおよびセンサーを含む)、マクロ生物全体 (植物、動物)、さらにはバイオームおよび生態系に至るまで、非常に広範囲の規模と複雑さのシステムに工学原理を適用する幅広い基盤を持っています。
平均的な学習期間は3～5年で、修了した学位は工学士（工学学士）として示されます。基礎科目には、熱力学、生体力学、生物学、遺伝子工学、流体および機械力学、化学および酵素反応速度論、電子工学、材料特性が含まれます。[ 15 ] [ 16 ]
採用する機関や定義上の境界によって、生物工学の主要な分野は以下のように分類される場合がある（ただし、これらは重複する可能性がある）。
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