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생물공학

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목차

1. 개요

생물공학은 생물 과학을 기반으로 하는 과학 기반 학문으로, 화학, 전기, 기계 공학과 유사하게 엔지니어링 원리를 생물학적 시스템에 적용한다. 1954년 하인츠 울프가 처음 사용한 용어이며, 2차 세계 대전 이후 급속도로 발전했다. 초기에는 의료 기기 및 기계 작업에 초점을 맞추었지만, 현재는 환경 수정, 농업 공학 등 다양한 분야에 적용된다. 생명 의학 공학, 생화학 공학, 생물 시스템 공학 등 여러 하위 분야로 나뉘며, 관련 기관으로는 ABET, AIMBE, SBE 등이 있다. 생물공학 학위 과정은 3~5년이며, 학위를 마치면 공학사 학위를 받게 된다.

2. 역사

생물공학은 화학 공학, 전기 공학, 기계 공학과 같이 생물 과학을 기반으로 하는 학문이다.[7][8]

엔지니어와 생명 과학자들이 함께 연구하면서, 엔지니어들이 생물학적 지식이 부족하다는 문제가 제기되었다. 이를 해결하기 위해 생물공학 분야의 엔지니어들은 생물학, 심리학, 의학 등을 추가로 학습했다.[10]

최근에는 생물공학이라는 용어가 표면 토양 보호, 사면 안정화, 수로 및 해안선 보호, 방풍림, 방음벽과 같은 환경 개선 분야에도 적용되고 있다. 또한, 농업 공학을 포함하는 더 넓은 의미로 사용되기도 한다. MIT의 더그 로펀버거 교수에 따르면, 생물공학은 분자 생물학, 생화학, 미생물학, 약리학, 단백질 화학, 세포학, 면역학, 신경생물학, 신경 과학 등의 분자 수준에서부터 생물군계 및 생태계에 이르기까지 광범위한 시스템에 공학 원리를 적용한다.[12][14]

2. 1. 초기 발전

2차 세계 대전 이전에는 생물공학이 공학의 한 분야로 인식되기 시작했지만, 아직 사람들에게는 새로운 개념이었다. 2차 세계 대전 이후 생물공학은 급속도로 성장했으며, 1954년 영국 과학자이자 방송인인 하인츠 울프가 국립 의학 연구소에서 '생물공학'이라는 용어를 처음 사용했다.[9] 그 해 울프는 옥스퍼드 대학교 생물공학부 디렉터가 되었는데, 이는 생물공학이 대학교에서 자체적인 분과로 인정받은 최초의 사례였다.[9] 초기 생물공학 분야는 주로 의료 기기 및 기계 작업에 초점을 맞추었기 때문에 전기 공학의 역할이 중요했다.[9]

2. 2. 학문적 발전

생물공학은 화학 공학, 전기 공학, 기계 공학이 각각 화학, 전기 및 자기에 기반을 두는 것과 마찬가지로 생물 과학을 기반으로 하는 학문이다.[7][8]

2차 세계 대전 이전에는 생물공학이 공학의 한 분야로 인식되기 시작했고 사람들에게는 새로운 개념이었다. 2차 세계 대전 이후 급속도로 성장했으며, "생물공학"이라는 용어는 1954년 영국 과학자이자 방송인인 하인츠 울프가 국립 의학 연구소에서 처음 사용했다. 울프는 그 해 졸업하고 옥스퍼드 대학교의 생물공학부 디렉터가 되었다. 이는 생물공학이 대학교에서 자체적인 분과로 인정받은 최초의 사례였다. 이 분야의 초기 초점은 이 시기에 의료 기기 및 기계 작업으로 인해 전기 공학이었다.[9]

엔지니어와 생명 과학자들이 함께 일하기 시작하면서 엔지니어들이 작업 뒤에 있는 실제 생물학에 대해 충분히 알지 못한다는 것을 깨달았다. 이 문제를 해결하기 위해 생물공학에 진출하려는 엔지니어들은 생물학, 심리학, 의학의 과정을 연구하는 데 더 많은 시간을 할애했다.[10]

미국 최초의 생물공학 프로그램은 1966년 캘리포니아 대학교 샌디에이고에서 시작되었다.[11] 더 최근의 프로그램은 MIT(Massachusetts Institute of Technology)[12]와 유타 주립 대학교에서 시작되었다.[13] 전 세계 대학의 많은 오래된 농업 공학 부서가 스스로를 ''농업 및 생물 공학'' 또는 ''농업 및 바이오 시스템 공학''으로 재명명했다.

3. 하위 분야

생물공학은 기관 및 정의에 따라 다양한 하위 분야로 나뉜다. 주요 분야는 다음과 같다.

분야설명
생명 의학 공학의료를 위해 공학 원리와 설계 개념을 의학과 생물학에 적용하는 분야이다.
생화학 공학발효 공학 등 새로운 제품 합성을 위해 사용되는 미생물학적 시스템에 공학 원리를 적용한다. 적절한 원료로부터 단백질 생산 등이 이에 해당한다.
생물 시스템 공학공학 원리와 설계 개념을 농업, 식품 과학 및 생태계에 적용하는 분야이다.
생물 공정 공학생물 공정 설계, 생물 촉매, 생물 분리, 바이오 에너지 등 특정 공정이 일어나는 조건들을 모니터링하는 기술을 개발한다.
환경 보건 공학인간의 건강, 편안함, 안전을 위해 환경을 제어하는 데 공학 원리를 적용하며, 우주 및 해양 탐사를 위한 생명 유지 시스템 개발도 포함한다.
인간 공학공학, 생리학, 심리학을 적용하여 인간-기계 관계를 최적화한다. 신체 공학, 인지 공학, 인간-컴퓨터 상호 작용 등이 있다.
생명 공학살아있는 시스템과 유기체를 사용하여 제품을 개발하거나 만든다. 의약품, 생물 정보학, 유전 공학 등이 해당한다.
생체 모방 공학복잡한 인간 문제를 해결하기 위해 자연의 모델, 시스템, 요소를 모방한다. 조지 드 메스트랄이 도꼬마리가 개 털에 붙는 것을 보고 벨크로를 설계한 것이 대표적 예시이다.
생체 전기 공학
생체 역학 공학기계 공학 원리와 생물학을 적용, 이들 간의 관계와 인체 건강을 개선하기 위해 어떻게 통합될 수 있는지 연구한다.
생체 공학로봇 공학 및 보조 기술(예: 보철)에 중점을 둔 생명 의학 분야의 통합 학문이다.
바이오프린팅생체 재료를 사용하여 장기와 새로운 조직을 인쇄한다.
생체 로봇 공학전기 보철 등이 해당한다.
시스템 생물학분자, 세포, 기관, 유기체의 상호 작용 및 행동을 연구한다.


3. 1. 생명 의학 공학 (Biomedical Engineering)

생명 의학 공학은 의료 목적을 위해 공학 원리와 설계 개념을 의학과 생물학에 적용하는 분야이다. 주요 분야는 다음과 같다.

  • 조직 공학
  • 신경 공학
  • 제약 공학
  • 임상 공학
  • 생체 역학


3. 2. 생화학 공학 (Biochemical Engineering)

발효 공학은, 합성을 통해 새로운 제품을 만들기 위해 사용되는 미생물학적 시스템에 공학 원리를 적용하는 것이다. 여기에는 적절한 원료로부터 단백질 생산이 포함된다.[1]

3. 3. 생물 시스템 공학 (Biological Systems Engineering)

공학 원리와 설계 개념을 농업, 식품 과학 및 생태계에 적용한다.

3. 4. 생물 공정 공학 (Bioprocess Engineering)

생물 공정 설계, 생물 촉매, 생물 분리, 바이오 에너지 등 특정 공정이 일어나는 조건들을 모니터링하는 기술을 개발한다.

분류:생물공학

3. 5. 환경 보건 공학 (Environmental Health Engineering)

환경 보건 공학은 인간의 건강, 편안함, 안전을 위해 환경을 제어하는 데 공학 원리를 적용하는 분야이다. 여기에는 우주와 해양 탐사를 위한 생명 유지 시스템 개발도 포함된다.

3. 6. 인간 공학 (Human Factors Engineering)

공학, 생리학, 심리학을 적용하여 인간-기계 관계를 최적화한다(예: 신체 공학, 인지 공학, 인간-컴퓨터 상호 작용).[1]

3. 7. 생명 공학 (Biotechnology)

생물공학은 화학 공학, 전기 공학, 기계 공학이 각각 화학, 전기 및 자기에 기반을 두는 것과 마찬가지로 생물 과학을 기반으로 하는 학문이다.[7][8]

2차 세계 대전 이전에는 생물공학이 공학의 한 분야로 인식되기 시작했고 사람들에게는 새로운 개념이었다. 2차 세계 대전 이후 급속도로 성장했으며, "생물공학"이라는 용어는 1954년 영국 과학자이자 방송인인 하인츠 울프(Heinz Wolff)가 국립 의학 연구소(National Institute for Medical Research)에서 처음 사용했다. 울프는 그 해 졸업하고 옥스퍼드 대학교(Oxford university)의 생물공학부 디렉터가 되었다. 이는 생물공학이 대학교에서 자체적인 분과로 인정받은 최초의 사례였다.[9]

MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 더그 로펀버거(Doug Lauffenburger) 교수에 따르면,[12][14] 생명 공학(Biotechnology)은 살아있는 시스템과 유기체를 이용하여 제품을 개발하거나 생산하는 것을 말한다.(예: 의약품, 생물 정보학, 유전 공학).

3. 8. 생체 모방 공학 (Biomimetics)

생체 모방 공학은 복잡한 인간 문제를 해결하기 위해 자연의 모델, 시스템 및 요소를 모방하는 것이다. 조지 드 메스트랄이 도꼬마리가 개 털에 얼마나 쉽게 붙는지 관찰한 후 벨크로를 설계한 것이 그 예이다.

3. 9. 기타 분야


  • 생체 전기 공학
  • 생체 역학 공학: 기계 공학 원리와 생물학을 적용하여 이들 간의 관계와 인체 건강을 개선하기 위해 어떻게 통합될 수 있는지 연구한다.
  • 생체 공학: 로봇 공학 및 보조 기술(예: 보철)에 중점을 둔 생명 의학 분야의 통합 학문이다.
  • 바이오프린팅: 생체 재료를 사용하여 장기와 새로운 조직을 인쇄한다.
  • 생체 로봇 공학 (예: 전기 보철)
  • 시스템 생물학: 분자, 세포, 기관 및 유기체의 상호 작용 및 행동을 연구한다.

4. 관련 기관 및 단체


  • 공학 기술 인증원(ABET)은 미국에 본부를 둔 공학 학사 프로그램 인증 위원회로, 생물 의학 공학과 생물 공학을 구분하지만, 상당 부분 중복되는 부분이 있다.
  • 미국 의학 및 생물 공학 연구소(AIMBE)는 1,500명의 회원으로 구성되어 있으며, 생물 공학이 우리 사회에 미치는 가치에 대해 대중을 교육하고, 연구 및 기타 프로그램에 투자하여 이 분야를 발전시키는 것을 주요 목표로 한다. 이들은 이 분야의 혁신에 헌신한 사람들에게 상을 수여하며, 이 분야의 업적을 기리는 상을 수여한다.
  • 생물 공학 연구소(IBE)는 기부금으로 운영되는 비영리 단체로, 대중이 생물 공학을 배우고 발전을 지속하도록 장려하는 것을 목표로 한다. IBE는 이 분야에서 잠재력을 보이는 학생들에게 장학금을 제공한다.
  • 생물 공학회(SBE)는 미국 화학 공학회(AIChE)와 관련된 기술 커뮤니티이다. SBE는 국제 학술 대회를 주최하며, 생물학을 공학과 통합하는 데 헌신하는 선도적인 엔지니어와 과학자들의 글로벌 조직이다.
  • MediUnite Journal은 생물 의학 연구 결과를 자주 게재하고 다양한 연구 논문에서 생물 의학을 인용한 의료 인식 캠페인 및 신문이다.

5. 교육

생물공학 학위 과정의 평균 학습 기간은 3년에서 5년이며, 학위를 마치면 공학사 학위를 받게 된다.[15][16] 기본적인 과목으로는 열역학, 생체역학, 생물학, 유전자 공학, 유체 및 기계 역학, 화학 및 효소 역학, 전자 공학, 재료 특성 등이 있다.[15][16]

참조

[1] 서적 Biological engineering ABDO Publishing Company
[2] 간행물 The Basics of Bioengineering Education Springer
[3] 웹사이트 What is Bioengineering? http://bioeng.berkel[...] 2018-07-21
[4] 웹사이트 MSB: About the Munich School of BioEngineering http://www.bioengine[...] 2020-02-03
[5] 논문 Advances and Computational Tools towards Predictable Design in Biological Engineering 2014-08-03
[6] 웹사이트 What is bioengineering? - Bioengineering - The University of Sheffield 2018-07-21
[7] 서적 Biological Engineering
[8] 문서 Engineering to biology and biology to engineering, The bi-directional connection between engineering and biology in biological engineering design Cuello JC
[9] 서적 Medical & biological engineering Pergamon Press 1966–1976
[10] 서적 Applied biological engineering : principles and practice InTech 2012
[11] 웹사이트 Founder of UCSD Bioengineering Program http://jacobsschool.[...] jacobsschool.ucsd.edu 2004-03-01
[12] 웹사이트 MIT, Department of Biological Engineering http://web.mit.edu/b[...] 2015-04-16
[13] 웹사이트 Utah State University, Department of Biological Engineering http://www.be.usu.ed[...] be.usu.edu 2011-11-13
[14] 웹사이트 MIT Directory, Doug Lauffenburger http://be.mit.edu/di[...] 2015-04-15
[15] 문서 Defining the Undergraduate Biomedical Engineering Curriculum http://www.vanth.org[...]
[16] 논문 Philosophical foundations of biological engineering https://onlinelibrar[...]
[17] 웹사이트 Bioengineering https://www.britanni[...]
[18] 웹사이트 Convention on Biological Diversity https://www.cbd.int/[...] 2016-05-13
[19] 논문 Biomimetics: its practice and theory http://rsif.royalsoc[...]
[20] 웹사이트 Biomechanical Engineering FAQ {{!}} Mechanical Engineering https://me.stanford.[...] 2023-02-15
[21] 웹사이트 Bioprinting http://www.explainin[...] 2018-05-01
[22] 웹사이트 Systems biology {{!}} Britannica https://www.britanni[...] 2023-02-15
[23] 문서 ABET Accreditation 2010-09-08
[24] 웹사이트 AIMBE About Page http://www.aimbe.org[...]
[25] 웹사이트 Institute of Biological Engineering http://www.ibe.org 2018-04-20
[26] 웹사이트 The Society for Biological Engineering https://www.aiche.or[...] 2012-02-28
[27] 웹사이트 MediUnite https://www.mediunit[...] 2023-09-07


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