Biyomühendislik

Biyomühendislik, biyoloji, moleküler biyoloji, biyokimya, mikrobiyoloji, hücre metabolizması ile, temel mühendislik ve malzeme bilimlerindeki hızlı ilerlemeler sonucu gelişen biyolojik teknikler ve mühendislik ilkelerinin canlı sistemlere ve bu alanlarda karşılaşılan sorunlara uygulandığı bir bilim dalıdır.Biyomühendislik temel anlamda bir ana bilim dalı olarak da gorülebilir. Genel kapsamda alanı içine aşağıda verilen alt bilim dallarını alarak gelişir. Temel anlamda bir biyomühendis aşağıda zikredilen bilim dallarının tamamına hakim olacak şekilde eğitim alır.

Biyoproses mühendisliği

• Biyoproses tasarımı
• Biyokataliz
• Biyoseparasyon

Immobilize enzimlerin geliştirilmesi, zararlı atık/atıkların mikrobiyal parçalanması, mikrobiyal yolla petrol çıkartılması.

Yeni ve ekonomik biyoreaktörlerin tasarımı. Biyolojik olayların daha kolay anlaşılması için, matematik modelleme ve simulasyon. Biyoenstrümantasyon ve ölçek büyütme, sulu ve çözgen ortamda biyokataliz.

Membran ayırmı, süperkritik akışkanlarla ayrım, biyolojik materyalin ayırma ve saflaştırma yöntemlerinin optimizasyonu. Kromatografik ve ekstraktif biyoseparasyon işlemleri, adsorpsiyon, iki fazlı sıvı polimer sistemleri ve miseller kullanılarak ayırma.

Hücre dışı ortamın kontrolü ile protein üretiminin kontrolü, besin elementleri transportu, özel tipteki biyoreaktörlerin tasarımı, biyoreaktör çalıma koşullarının belirlenmesi,

Biyomedikal mühendislik

• Biyomedikal tanı
• Biyomedikal terapi
• Biyomekanik
• Biyomateryaller

Tanı ve terapide kullanılacak invasif ve non-invasif tekniklerin geliştirilmesi

Redoks enzimleri ile elektriksel iletişim kurma, biyosensörler, elektroenzimatik sentezler, fizyolojik olayların ölçüm ve analizi.

Biyoreoloji, kan dolaşımı ve hastalıklarının modellenmesi, hücreler ve dokularla olumlu etkileşim kurabilen sentetik biyomateryallerin geliştirilmesi.

Yapay organların ve implantların geliştirilmesi ve temel mühendislik ilkeleri yardımıyla vücut yapı fonksiyonlarının modellenmesi (Kardiyovasküler ve mukoskeletal sistemler).

Doku ve organ rejenerasyonu, polimer-hücre etkileşimleri. Permeabilite, presipitasyon, koagülasyon, mikrosirkülasyon ve transport gibi olayların moleküler düzeyde tanımlanması.

Biyolojik olarak parçalanabilir polimerler, biyokompatibilite ve toksikoloji, kontrollu salınım ile tedavi. Membran sistemlerinin biyomedikal uygulamaları (Diyaliz gibi).

Yaşam desteği sistemlerinin geliştirilmesi ve rehabilitasyonunun temel ilkeleri,

Genetik mühendisliği

• Hücresel mühendislik
• Doku kültürü mühendisliği

Yeni klonlama teknikleri, rekombinant ve non-rekombinant hücreler. Gen izolasyonu, aşı araştırmaları, plazmid kararlılığı, elektroporasyon.

Hayvan ve bitki hücrelerinin üretim/çoğalma kinetiği, metabolizmaları.

Hibridoma teknikleri, yeni proteinlerin üretimi, sentetik polimer-hücre sistemleri yardımıyla, yarı-yapay organlar (karaciğer, pankreas) geliştirilmesi,

Moleküler mühendislik

• Protein mühendisliği
• Aktif madde tasarımı

Hibrid proteinler, protein beliriminin hızlandırılması. Protein üretiminde hücre içi olaylar, protein salınımı.

Enzimlerin Uygulama Alanları

Zamanında enzimler genelde endüstri, klinik, tıp ve eczacılık gibi alanlarda kullanılmaktadır. Enzimler ;bitkisel, hayvansal kaynaklardan ve mikro organizmalardan elde edilmektedir. Örneğin proteini parçalayan enzimlerden olan papain bitkisinden ; fisin.,incir bitkisinden; nişastayı parçalayan alfa-amilaz,çimlenmekte olan arpadan ;tripsin,büyük baş hayvanların pankreaslarından ;pepsin tavuk ve sığırların bazı sindirim lizozim,yumurta akından ;rennin veya proteaz enzimi ,süt emmekte olan buzağıların 4.midesinden endüstriyel ölçmekte üretilmektedir. Enzim kaynağı olarak mikroorganizmalar; kolay çoğalabilmeleri , enzim oluşumunun kolay kontrol edilebilmesi gibi nedenlerden dolayı potansiyel kaynak olarak düşünülürler. Bitkilerden elde edilen proteazların yanında , bakterilerden de proteaz amilazlar ve glikoz-izomeraz gibi endüstriyel öneme sahip enzimler de elde edilmektedir. Ayrıca glikoz oksidiz ,katalaz, lipaz ,laktoz vb. daha birçok enzim küf mantarından elde edilmektedir. Bugün tıp ,eczacılık, tarım, hayvancılık, çevre,gıda ,kâğıt,tekstil,deterjan vb. birçok alanda enzimler kullanılmaktadır. Son yıllarda biyoteknoloji alanında gelişmelerle elde edilen enzimlerin kullanımının en fazla olduğu alan gıda endüstrisidir.proteazlar ve amilazlar bu alanda en çok kullanılan enzimlerdir. Eczacılıkta da enzimler kullanılmaktadır. Bu alandaki en iyi örneği ,hazım kolaylaştırıcı bazı ilaçların bileşimindeki besinlerimizin temel bileşenlerinden olan proteini parçalayan proteaz ,nişastayı parçalayan selüloz ,yağları parçalayan lipaz ve laktozu parçalayan laktaz enzimlerdir. Enzimlerin eczacılıkta kullanıma bir diğer örnek de penisilin amidan enzimidir. Yine enzim kullanımının en fazla olduğu alanlardan birisi de deterjan endüstrisidir. Deterjanlar kullanılacakları alana göre bileşimi değişen kompleks karışımlardır. Bazı deterjanlar alkali koşullarda aktivite gösteren alkali-protez (bazik) enzimlerini içerirler,bazı deterjanların yapımında da amilaz ve lipazlar kullanılmaktadır. Bu enzimlerin etkisi ile özellikle protein , yağ ve nişastanın tesiriyle oluşan kirlilik etkisi bir şekilde temizlenir. Deri işlemede ve deri endüstrisinde de enzimlerden yararlanılmaktadır. Bakteriyel protezler,deri dokusu dışındaki proteinlerin ve yağların temizlenmesinde bazı proteazlar Deriden kılların ayrılmasında ve derinin yumuşatılmasında kullanılmaktadır. Ayrıca çeşitli selülozlu atıkların karbon kaynağı olarak kullanılmasında ,kalitesiz yağlardan daha kaliteli yağların elde edilmesinde enzimlerden yararlanılmaktadır. Yapılan pek çok araştırma sonucunda,enzimlerin kullanım alanları giderek artmaktadır.Özellikle son yıllarda rekombinant-DNA teknolojisine paralel olarak ,yeni ve istenilen özellikteki enzim elde edilmesi mümkün olmaktadır;buna bağlı olarak da enzim kullanımı giderek yaygınlaşacaktır.

Biyoteknoloji

• Endüstriyel mikrobiyoloji,
• Çevre mikrobiyolojisi

Farklı uygulama alanlarına ve uygulama sektörlerine yönelik yöntem ve proses geliştirme çalışmaları.

Biyomühendislik; mühendislik

Biyomühendislik eğitim planında öğrencilere; biyoloji boyutu ile, biyolojik sistemlerden yararlanan yeni biyoteknolojilerin geliştirilmesi ve bunların sanayideki kullanımları, mühendislik boyutu ile de mühendislik kavram ve yöntemlerinin aktarılması hedeflenmektedir.

Çalışma alanları

Biyomühendislik eğitimi ile kazandırılan beceriler aşağıda belirtilen ürünlerin üretildiği ve hizmetlerin verildiği sektörlerde uygulama alanı bulmaktadır.

• Çeşitli gıda maddeleri
• Enerji kaynakları (hidrojen, etanol, biyogaz)
• İlaçlar (antibiyotikler, vitaminler, hormonlar)
• Aşılar, tanı kitleri
• Biyokimyasal maddeler (protein ve amino asitler, enzimler, organik asit ve çözgenler, pestisitler ve çeşitli polimerler)
• Biyomedikal sistemler (protezler, yapay organlar, biyomateryaller)
• Transgenik bitki ve hayvan türleri
• Madencilik, su arıtma, endüstriyel ve kentsel atıkların işlenmesi gibi hizmetler

Bu nedenle, Biyomühendislik Bölümü lisans programını tamamlayacak kişilerin yapacakları veya yapabilecekleri işler arasında, genetik analizler, biyolojik, sitolojik toksisite testleri, biyolojik üretim süreçleri, reaktörler ve uygun ayırma / saflaştırma ekipmanı seçimi ve tasarımı, biyolojik malzeme testleri, geliştirilmesi ve üretimi, tanı kitleri üretimi sayılabilir.

Ayrıca bu yeni ve akademik kariyer olanaklarının yanı sıra gıda, tarım, sağlık ve ilaç sektöründen çevre sektörüne kadar çok geniş bir endüstriyel yelpazede, hastane ve kliniklerde, Refik Saydam Hıfzısıhha Enstitüsü ve TSE gibi yasal yükümlülükleri olan kuruluşlarda, genetik tanı ve tedavi merkezlerinde, aşı üretim tesislerinde ve hatta askeri kuruluşlar ile ithalat-ihracat şirketlerinde görev alabilmeleri mümkündür.

Dış bağlantılar

• Biyomühendislik Türkiye İnternet Sitesi
• Ege Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü İnternet Sitesi
• İstanbul Bilgi Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü
• Hacettepe Üniversitesi Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
• Sabancı Üniversitesi Biyoloji bilimleri ve Bİyomühendislik Bölümü İnternet Sitesi
• Firat Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü İnternet Sitesi/elazıg
• Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Biyomühendislik Bölümü İnternet Sitesi
• Gaziosmanpaşa Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü İnternet Sitesi /Tokat
• Yıldız Teknik Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü İnternet Sitesi
• Fatih Üniversitesi Genetik ve Biyomühendislik Bölümü
• Marmara Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü
• Yeditepe Üniversitesi Genetik ve Biyomühendislik Bölümü
• Ege Üniversitesi Biyokimya Bölümü
• Biyomühendislik öğrenci portalı
• Kimya Mühendisleri Odası İnternet Sitesi