¿Cuáles son los aspectos de la biofabricación?
1. Diseño biónico
El diseño biónico o biónica se refiere a aprovechar algunas funciones especiales de los seres vivos para mejorar el diseño de las máquinas. Estudiar organismos, imitar diversas características de los organismos, características y leyes de muchos organismos, como la autoorganización, el autocrecimiento, la autogeneración, la herencia, etc., inspirar la fabricación y formar nuevos principios de tecnología de fabricación. La aplicación de estos principios biónicos en la tecnología de fabricación promoverá cambios en la tecnología de fabricación.
2. Ingeniería de Biofabricación
A finales del siglo pasado, Estados Unidos propuso la ingeniería de tejidos, que procesa células para convertirlas en materiales y tejidos. Sus aplicaciones incluyen equipos médicos, implantes plásticos, y prótesis de ingeniería de tejidos, órganos artificiales, etc. Desde la perspectiva de la ciencia manufacturera, los tejidos y órganos son máquinas complejas ensambladas a partir de varias células funcionales según estructuras específicas. Las células se colocan, organizan y ensamblan con precisión en un espacio tridimensional para formar prototipos de tejidos humanos, que luego se cultivan en estructuras tridimensionales y, finalmente, se desarrollan en estructuras tisulares con funciones vitales. Esta es una nueva dirección para el desarrollo de la tecnología de fabricación. Para aplicaciones biomédicas, la ingeniería de biofabricación se puede dividir en cuatro niveles según las características biológicas de los materiales que se procesan. La tecnología de fabricación requerida en los cuatro niveles aumenta gradualmente en dificultad.
El primer nivel: Utilizar materiales biocompatibles para realizar modelos personalizados de tejidos u órganos para la planificación quirúrgica, simulación y diseño y procesamiento de auxiliares protésicos.
El segundo nivel: Utilizar materiales con buena biocompatibilidad pero sin biodegradabilidad para existir en el cuerpo durante mucho tiempo. Los productos son órganos artificiales o implantes que pueden reemplazar parte de las funciones de los tejidos u órganos.
El tercer nivel: Los materiales con buena biocompatibilidad y biodegradabilidad se diferencian, descomponen, absorben y excretan gradualmente en el cuerpo humano, principalmente diversos materiales con formas y estructuras específicas necesarias para la ingeniería de tejidos. Se utiliza como soporte temporal para el crecimiento celular y la regeneración de tejidos, ayudando y promoviendo la reparación de órganos y tejidos.
El cuarto nivel: utilizar células vivas como materiales de procesamiento y fabricación para crear pilas de células tridimensionales con estructuras de distribución espacial celular específicas, llamadas precursoras similares a tejidos. Los contenidos de la investigación incluyen el diseño y fabricación de andamios artificiales, plataformas biológicas in vitro para órganos activos artificiales y construcción y control ambiental para la reconstrucción de órganos. La tecnología de transmisión de microfluidos se utiliza para construir artificialmente materiales biomiméticos de células y extramatriz para lograr un ensamblaje tridimensional controlable de células y organismos vivos.
3. Ingeniería de procesamiento biológico
Utiliza el proceso sintético, las funciones vitales y las características de actividad de los organismos, incluida la preparación y procesamiento de compuestos (fármacos, alimentos, productos químicos, materiales y energía). y detección de señales.
La fabricación biológica es una nueva dirección en el desarrollo de la tecnología de fabricación en los últimos años. En el Desafío de Tecnología de Fabricación de 2020, Estados Unidos la incluyó como una de las 11 principales direcciones de ataque, y es cada vez más reconocida y participada por científicos de biomedicina, ciencia de materiales, ciencia de fabricación y otros campos. Muchas universidades e institutos de investigación nacionales han llevado a cabo trabajos de investigación relevantes.