美國留學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程

現(xiàn)在留學(xué)的學(xué)生越來越多，留學(xué)可以開闊眼界，也能學(xué)習(xí)不一樣的教育體制，而且國外名校眾多，教育水平也一流。下面小編就來和大家說說“美國留學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程”這個問題

生物工程(Bioengineerig)，是20世紀(jì)70年代初開始興起的一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科，90年代誕 生了基于系統(tǒng)論的生物工程，即系統(tǒng)生物工程的概念。所謂生物工程，一般認(rèn)為是以生物學(xué)(特別是其 中的分子生物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué))的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工、機械、電 子計算機等現(xiàn)代工程技術(shù)，充分運用分子生物學(xué)的最新成就，自覺地操縱遺傳物質(zhì)，定向地改造生物或 其功能，短期內(nèi)創(chuàng)造出具有超遠(yuǎn)緣性狀的新物種，再通過合適的生物反應(yīng)器對這類工程菌或工程 細(xì)胞株進行大規(guī)模的培養(yǎng)，以生產(chǎn)大量有用代謝產(chǎn)物或發(fā)揮它們獨特生理功能一門新興技術(shù)。

生物醫(yī)學(xué)工程(Biomedical Engineering, 簡稱BME)是生物科學(xué)與工程設(shè)計相結(jié)合的交叉學(xué)科，涉及生物、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、機械工程、電子工程、計算機科學(xué)和材料科學(xué)等多個領(lǐng)域。這一學(xué)科旨在運用工程技術(shù)手段去解決醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題并以此保障人類健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù), 促進生命科學(xué)和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展。我們可以把需要幫助醫(yī)學(xué)解決的問題分為三個方面：預(yù)防、診斷、治療。每個方面都給醫(yī)學(xué)工作提供了一定程度的支撐。比如在預(yù)防方面，運用計算生物學(xué)知識，也就是指在一個人生病之前，先把他的 DNA 提取出來，然后通過這個數(shù)據(jù)來預(yù)測這個人有可能得哪方面的疾病以及疾病的癥狀是怎樣的。第二個方面是診斷，比如說你生病去看醫(yī)生，醫(yī)生會讓你做一個諸如核磁共振類型的檢查，這些都是由BME這個學(xué)科來提供技術(shù)支持的。第三個方面是治療，很久之前醫(yī)生做手術(shù)時用的還是柳葉刀，但是非常麻煩?，F(xiàn)在的手術(shù)刀就會非常的方便，解決了很多不必要的問題。這也是生物醫(yī)學(xué)工程給臨床醫(yī)學(xué)帶來的便利。

1.2 生物工程和生醫(yī)工程的區(qū)別

生物工程是以生物學(xué)(特別是其中的微生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué))的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工、機械、電子計算機等現(xiàn)代工程技術(shù)，利用有生命物質(zhì)作為手段來參于改造自然現(xiàn)象的過程。對象可以是無生命物質(zhì)，例如發(fā)酵工程、酶工程等等;或以生物為對象，人為地改造生命現(xiàn)象的過程，例如生物醫(yī)學(xué)工程、農(nóng)業(yè)工程、細(xì)胞工程、基因工程等等。即凡是以有生命物質(zhì)作為手段來影響或改變無生命現(xiàn)象，或用各種自然科學(xué)的方法、技術(shù)來影響或改變有生命現(xiàn)象的自然過程，以達(dá)到為人類服務(wù)的目的，都可以包含在生物工程范疇之內(nèi)。

由此可以看出，生物醫(yī)學(xué)工程通常是包含在生物工程里的。對于大多數(shù)美國院校來說，一般開設(shè)了生物工程項目的院校就沒有開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程項目，相應(yīng)地，有生物醫(yī)學(xué)工程項目的院校大都也沒有生物工程項目。由此可見，兩者在一定程度上是相通的。比如賓大的生物工程項目，既有生物醫(yī)學(xué)類相關(guān)的分支方向，也有生物工程相關(guān)的方向。它提供的課程和研究分支在很大程度上是和其它院校的生物醫(yī)學(xué)工程項目是重合的。

下面以Penn State University對于兩個項目的定義來看下兩者的細(xì)小差別：

生物工程：The application of engineering skills and analysis to developing products utilizing biological processes, including pharmaceutical products, food supplements, preservatives, bio- nanotechnology, and biomass-based energy. Biological Engineering also includes machinery development, protecting the environment from erosion and pollution, and structural design. 利用生物過程的工程技術(shù)和分析的應(yīng)用，以開發(fā)產(chǎn)品：藥品，食品補充劑，防腐劑，生物納米技術(shù)，生質(zhì)能源等。生物工程還包括機械開發(fā)，保護環(huán)境免受侵蝕和污染，結(jié)構(gòu)設(shè)計。

生物醫(yī)學(xué)工程：The application of engineering skills and analysis to innovation in the health care industry and to quantitative understanding of biological systems. Biomedical engineers develop new medical devices, design diagnostic and therapeutic tools, and model physiological systems.

工程技術(shù)的應(yīng)用和分析在衛(wèi)生保健行業(yè)的創(chuàng)新和定量 理解生物系統(tǒng)。生物醫(yī)學(xué)工程師開發(fā)新的醫(yī)療設(shè)備,設(shè) 計診斷和治療工具和模型的生理系統(tǒng)。

1.3 生物醫(yī)學(xué)工程常見分支

1. 生物醫(yī)學(xué)成像(Biomedical Imaging)是醫(yī)療設(shè)備的主要部分。該領(lǐng)域涉及使臨床醫(yī)生能夠直觀或間接地查看在明顯視野中不明顯的事物(例如由于它們的大小和/或位置)。這可能涉及利用超聲波，磁力，紫外線，放射學(xué)和其他手段，為癌癥、心血管疾、神經(jīng)系統(tǒng)及眼科等疾病研發(fā)新的診斷和治療工具。成像技術(shù)通常對醫(yī)學(xué)診斷至關(guān)重要，并且通常是在醫(yī)院中發(fā)現(xiàn)的最復(fù)雜的設(shè)備，包括：熒光透視，核磁共振成像(MRI)，核醫(yī)學(xué)，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)，PET-CT掃描，投影放射線照相術(shù)X射線和CT掃描，斷層掃描，超聲波，光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡。

2.生物力學(xué)和機械生物學(xué)(Biomechanics and Mechanobiology)生物力學(xué)和機械生物學(xué)是由生物對作用力和應(yīng)變的反應(yīng)聯(lián)系起來的。要了解負(fù)荷對生物系統(tǒng)的整體影響，重要的是不僅要考慮力應(yīng)用所導(dǎo)致的變形和剪切速率，還要考慮短期和長期的生物反應(yīng)。

生物力學(xué)和機械生物學(xué)側(cè)重于研究分子、細(xì)胞、組織和器官。生物力學(xué)是研究生命體變形和運動的學(xué)科，通過生物學(xué)與力學(xué)的有機結(jié)合，認(rèn)識生命過程的規(guī)律，解決生命與健康領(lǐng)域的科學(xué)問題，機械生物學(xué)就是生物力學(xué)的一個新興學(xué)科前沿領(lǐng)域。機械生物學(xué)研究不僅對于揭示正常機體生長、發(fā)育和衰老的生物力學(xué)機理和自然規(guī)律，而且對于闡明集體發(fā)病的發(fā)病機理及提供診斷、治療的一些基本原理包括新興藥物和新技術(shù)的研發(fā)都具有重要的理論和實際意義。力作用于機體組織細(xì)胞后不僅產(chǎn)生變形效應(yīng)和運動效應(yīng)，而且可以導(dǎo)致復(fù)雜的生理功能變化。最終目的都是促進生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與臨床以及相關(guān)領(lǐng)域研究的進步，促進人類健康。

3. 組織工程學(xué)和再生醫(yī)學(xué)(Tissue Engineering and Regenerative Medicine)組織工程學(xué)和再生醫(yī)學(xué)目的是能夠?qū)崿F(xiàn)替換或再生已經(jīng)患病/受損的細(xì)胞、組織和器官，目前的研究技術(shù)包括用于修復(fù)各種組織和器官的生物材料/細(xì)胞構(gòu)建體，有干細(xì)胞療法和免疫療法，該研究方向通常與材料科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床科學(xué)、免疫學(xué)、基因組科學(xué)等結(jié)合比較密切。例如在人造生物反應(yīng)器構(gòu)造中使用肝臟細(xì)胞的肝輔助裝置。

4. 生物材料(Biostatistics)生物材料主要包括用于修復(fù)、替換和刺激生物系統(tǒng)的人造材料。目前包括納米材料、軟材料、免疫活性材料、組織支架的設(shè)計以及復(fù)雜機制生物材料的研究。比如：心臟瓣膜，皮膚修復(fù)，隱形眼鏡，用于牙齒固定的植入物。

5. 細(xì)胞和生物分子工程學(xué) (Cellular and Biomolecular Engineering) 生物工程師將工程學(xué)原理應(yīng)用于細(xì)胞與分子生物學(xué)的問題上，有目的地修改細(xì)胞的性質(zhì)，以改善其在特定應(yīng)用下的性能。比如：使用重組DNA設(shè)計新細(xì)胞并使正常細(xì)胞粘附到人造植入的生物材料上。

6. 藥物和基因傳遞(Drug and Gene Delivery)藥物和基因傳遞涉及藥物、基因和基因產(chǎn)物的開發(fā)和傳遞，而這些最終能夠改變細(xì)胞、組織和活生物體蛋白質(zhì)的表達(dá)及其功能。主要包括質(zhì)粒、納米粒子、病毒、脂質(zhì)體、肽/蛋白質(zhì)復(fù)合物和生物材料支架等載體的開發(fā)，以及藥物的基因傳遞。

7. 免疫工程學(xué)(Immune Engineering)免疫工程學(xué)通過對免疫系統(tǒng)的了解、控制和應(yīng)用，研發(fā)一系列可用于治療傷口、慢性炎癥、癌癥等疾病的新型疫苗和新療法。

8. 神經(jīng)工程(Neural Engineering) 是一個比較前沿的方向，這一領(lǐng)域是從計算神經(jīng)科學(xué)、實驗神經(jīng)科學(xué)、臨床的神經(jīng)病學(xué)、電子工程學(xué)和活神經(jīng)組織的信號處理等領(lǐng)域汲取養(yǎng)分，并包含了機器人學(xué)、計算機工程學(xué)、組織工程學(xué)、材料科學(xué)和納米技術(shù)等學(xué)科中的一些內(nèi)容。可以理解神經(jīng)工程是屬于結(jié)合神經(jīng)科學(xué)與醫(yī)學(xué)電子、組織工程、生醫(yī)電子、生醫(yī)光電及信息處理等工程技術(shù)的一跨領(lǐng)域整合性的研究。其主要研究目標(biāo)之一，是期望能恢復(fù)失去或受損的神經(jīng)功能。神經(jīng)工程在這方面的研究含括了設(shè)計、分析和測試神經(jīng)細(xì)胞及神經(jīng)系統(tǒng)的再生及修復(fù)功能，并納入神經(jīng)細(xì)胞及系統(tǒng)與人造電子系統(tǒng)的功能性接口等研究。

神經(jīng)工程研究專注于開發(fā)新的工具和方法，以實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，以及治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。神經(jīng)工程研究在開發(fā)新型神經(jīng)技術(shù)方面具有優(yōu)勢，例如用于治療神經(jīng)疾病，研發(fā)神經(jīng)假體和植入式裝置。此外，系統(tǒng)的計算建模和成像技術(shù)為神經(jīng)系統(tǒng)在健康和疾病治療等方面起了一定的作用。該研究方向通過了解大量神經(jīng)元如何有效傳遞信息和動態(tài)配置通信路徑，治療運動障礙、學(xué)習(xí)障礙和記憶障礙等。

概括來說，神經(jīng)工程是從實驗、計算及理論等不同的方面研究神經(jīng)系統(tǒng)的功能，并對神經(jīng)系統(tǒng)的功能缺失與異常等問題尋找新的解決方法。

9. 系統(tǒng)與合成生物學(xué)Synthetic and Systems Biology 系統(tǒng)生物學(xué)通過對多層面生物系統(tǒng)的了解，有助于更好理解人類疾病的起因和進展，并使治療策略愈發(fā)個性化。合成生物學(xué)通常使用分子遺傳，從新型蛋白質(zhì)的設(shè)計到人造基因網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建，為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用生產(chǎn)工業(yè)上的產(chǎn)品做貢獻(xiàn)，甚至可以將微生物合成具有醫(yī)療或工業(yè)價值的材料以對抗疾病。這兩項研究可以開發(fā)讀取和操作遺傳密碼的方法，制定再生醫(yī)學(xué)的新戰(zhàn)略以治療遺傳疾病。

10. 生物傳感器和生物儀器Biosensors and Bioinstrumentation 生物傳感器和生物儀器領(lǐng)域是利用生物化學(xué)，電子學(xué)，組學(xué)(基因組學(xué)，表觀遺傳學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué))和生理學(xué)方面的最新進展開發(fā)新型診斷、治療和假體裝置。生物儀器的重點是工程工具在科學(xué)研究、疾病診斷和治療中的應(yīng)用包括成像儀器、疾病診斷和治療。

11. 生物微機電/生物納米(BioMEMs / BioNANO)BioMEMs將微小芯片用于生物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面。因其形狀簡單，在先進的生物技術(shù)領(lǐng)域中，利用微細(xì)加工和微加工等技術(shù)來快速的、經(jīng)濟的建成可進行自動化測量的納米級實驗室。在更復(fù)雜的情形下，BioMEMS設(shè)備為人造器官、獨特的藥物療法及觀察細(xì)胞交流的新途徑提供了一個寬廣的渠道。

12.電機控制(Motor Control) 一個跨學(xué)科的分支，目的是了解感知運動過程，控制和協(xié)調(diào)人類運動。對正常行為的學(xué)習(xí)和協(xié)調(diào)的洞察力將 為更好地理解諸如中風(fēng)、帕金森氏癥和他們的康復(fù)等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的異常行為提供基礎(chǔ)。是神經(jīng)科學(xué)、生物 學(xué)、控制理論、力學(xué)和動力學(xué)的交叉學(xué)科。

國內(nèi)外BME項目特點：

1、國內(nèi)：更偏向于應(yīng)用及臨床。比如國內(nèi)有一個生物醫(yī)學(xué)工程的方向叫醫(yī)療數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?，F(xiàn)在我們?nèi)メt(yī)院看病的時候我們一般會拿一張卡。去看病的地方刷一下，這樣你過去的檢查情況、病歷等都會呈現(xiàn)出來，讓看病的醫(yī)生得到了解。這個外國的BME是不做的。其次是國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程的學(xué)科設(shè)置會根據(jù)國內(nèi)學(xué)校的側(cè)重點不同會放在不同的學(xué)院以及他們會有不同的主攻方向，比如說國內(nèi)的北大醫(yī)學(xué)院和首都醫(yī)科大學(xué)其實是和醫(yī)學(xué)緊密相關(guān)的，他們的 BME 方向可能會更偏向于細(xì)胞及組織工程這個方向。而那些傳統(tǒng)的比較工科的學(xué)校如浙大、清華、上海交大和東南大學(xué)，他們對生物醫(yī)學(xué)工程這方面的側(cè)重點更多。

2、國外：更偏向于科研。比如說現(xiàn)在很熱門的哈佛做的基因編輯的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)在國內(nèi)一定是生科院或者相關(guān)的方向在做，生物醫(yī)學(xué)工程是不做的。其次，國外的伯克利就比較偏向于生物與醫(yī)學(xué)相關(guān)的科學(xué)，但是 Stanford 和 UCLA 的生物學(xué)工程就更偏向于工程。

1.4 常見學(xué)位

MS in BME：這個項目一般開設(shè)在工程學(xué)院下，項目長度多為一年半到兩年，申請者一般學(xué)醫(yī)的、學(xué)生物或者工程的比較多，畢竟是交叉學(xué)科。就讀這一學(xué)位的學(xué)生除了學(xué)習(xí)課程，還有機會進入實驗室參與科研項目，很多學(xué)生在獲得MS學(xué)位后繼續(xù)攻讀PhD學(xué)位，還有的進入學(xué)術(shù)界，工業(yè)界，或者政府機構(gòu)從事科研或者技術(shù)開發(fā)。

MEng in BME：同MS相比，MEng是偏向職業(yè)發(fā)展的，項目時長一般為一年到一年半的時間，除了開設(shè)專業(yè)相關(guān)課程，還會提供商科相關(guān)的課程和實習(xí)項目。有的學(xué)校還可以和MBA一起讀一個雙學(xué)位。如果想在畢業(yè)之后進入工業(yè)界做工程師，從事產(chǎn)品設(shè)計，研發(fā)和創(chuàng)新相關(guān)工作，MEng項目會是一個合適的選擇。

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