ما هي هندسة الكيمياء الحيوية
يعتبر هذا النوع من الهندسة مجموعة من التطبيقات لجميع المبادئ الهندسية يسعى لتصميم وفهم وتطوير وعمل وتشغيل المنتجات والعمليات التي تبنى على الكيمياء الحيوية والظواهر الحيوية ، وهي أحد الفروع المعروفة من
فروع الهندسة
الكيميائية، والتي له علاقة هامة بمجموعة من الصناعات المعروفة والمنتجات الزراعية والإنزيمات ، ومعالجة الطاقة والنفايات وعدد كبير من الكيماويات [1] .
الهندسة الكيميائية الحيوية والهندسة الطبية الحيوية
تتميز الهندسة الكيميائية عن الهندسة الطبية من حيث أنها تبحث في الكيمياء الحيوية والأحياء المتعمقة الدقيقة ولا تركز بصفة كبيرة على مجال الرعاية الصحية ، لكن في وقتنا الحالي هناك عدد من العلماء المتخصصين بالكيمياء الحيوية يشاركون في تطوير منتجات الرعاية الصحية .
ولكن الهندسة الكيميائية في السابق كانت تتناول التكنولوجيا الحيوية ، وذلك بهدف الحاجة المنتجات المستقبلية وتستخدم في ذلك عدد من الكائنات الأكثر دقة والهندسة جينيا ويقع عليها العديد من القواعد التي تسمح بالإختبار كما قد تخضع للتقييم القانوني والبيع في المرحلة التالية .
مراحل الهندسة الكيميائية الحيوية
في بداية نشأة الهندسة الكيميائية كانت تعتني بالعمل على تحسين النمو للكائنات الحية الدقيقة ، وما يكون حولها من الظروف الهوائية ويصل ذلك بمقايس قد تصل لآلاف من الليترات ، وكان هذا العمل مستمر لفترة كبيرة إلى تطورت الدراسات عن هذا الفرع وأصبحت أكثر تنوعا وتوسعا .
وأصبحت تهدف لتطوير العمليات الاقتصادية من الحد الأقصى للكتلة الحيوية وهي تصبح بالتالي كيمياء حيوية وبروتين ومواد كيميائية ، ولكن على المتخصص في هذا العلم أن يضع في الاعتبار مادة الخام وجميع العناصر التي تشكل التكلفة للتشغيل من ناحية أخرى [2] .
تركيبات الكيمياء الحيوية الهندسية
من الممكن إضافة جميع العناصر التي يتكون منها الكتلة الحيوية ، مثل الأوكسجين والكربون والنيتروجين والكبريت والأملاح المعدنية ونسب قليلة من المعادن المعينة وأقل من الفوسفور المفاعل الحيوي ، وهو ما يطلق عليه جهاز التخمير وهي تتكاثر عن طريق البكتريا والعمليات الأيضية التي تجريها .
كما يمكن أن تضاف كمية جيدة من الأوكسجين وتكون عبارة عن هواء معقم ، وتوضع في جهاز التخمير ويعمل على رفع قدرة وكفاءة العناصر المزروعة ، ويتم زراعة الكائن الدقيق والتي تنشط بطريقة عكسية مع الأوكسجين الذي يتم إذابته .
ويعتبر الزرع غير الهوائي نتائج عن التفاعل بين التخمر الذي يتم إنتاجه عن المذيبات والأحماض العضوية التي من صفاتها كتلة حيوية قليلة وينمو بطرق بطيئة ، وتمثل عملية المعالجة التي تتم على المخلفات تطبيقات كبيرة لجميع الكائنات الحية غير الهوائية .
وتقوم أجهزة الهضم التي تحتوي على خليطا من التجمع للكائنات الحية اللاهوائية والدقيقة ، والتي تستخدم لتقليل المادة الصلبة التي تنتج عن المخلفات البلدية والصناعية .
الهندسة الكيميائية الحيوية والزراعات الأخرى
تعتبر أهمية الهندسة الكيميائية في التطور الذي يقع على الكائنات الهوائية الدقيقة ، ولكن في الوقت الحالي أصبحت القدرة على زراعة خلايا متنوعة أصبح ضروري للغاية ، من حيث تدخل علماء الكيمياء الحيوية في زراعة خلايا الثدييات والخلايا النباتية وخلايا الحشرات .
كما يقوم علم الهندسة الأيضية بإستخدام الجينات الجزيئي وعلمها وما يرتبط بها من مسارات أيضية المفاعل الحيوي لعمل تحسينات كبيرة على الوظيفة الخلوية والبروتينات والنواتج الأيضية ، كما تقوم هندسة الإنزيمات بالتعرف على محفزات البيولوجية وطرق إستخدامها في إنتاج المادة الكيميائية وغيرها من أنواع
الكيمياء الحيوية
المفيدة .
وتقوم هندسة الأنسجة بتوفير ضمانات كبيرة من الجوانب المادية الكيميائية الحيوية وما يتعلق منها بالطب مثل زراعة الخلايا الحية التي تقوم بمعالجة الأمراض ، وساهم المتخصصين في هندسة الكيمياء الحيوية في جميع جوانب الإصلاحات الحيوية لتكنولوجيا المناعة ، والاستخدام الذي يقع على الإنزيمات والخلايا وتطوير اللقاحات ، والتي تستطيع القيام بمهامها في الظروف القاسية .
أهمية الهندسة الكيميائية الحيوية
في الصناعة
حيث تقوم بتطوير جميع التفاعلات الكيميائية ويعمل على حل عدد من بعض المشاكل التكنولوجية وتعمل على ابتكار عدد من الصناعات العضوية ، التي تساعد على التخلص من المخلفات والنفايات بتحقيق أقصى استفادة قصوى منها ، مما يساعد على تقليل الإنفاق وزيادة الربح .
بالنسبة للإنسان
حيث قام علماء الكيمياء الحيوية بالعمل على إنتاج عدد من الكائنات العضوية التي تقوم بمعالجة بعض الأمراض التي قد تصيب الإنسان كما قد يساهم هذا الفرع من العلوم في التعرف على بعض حركات الجسم ، وتفسير بعض من التفاعلات الكيميائية التي قد تحدث فيه ، كما تساعد في التعرف على الخلايا التي تقوم في إنتاج البروتينات والطاقة .
في العمليات الزراعية
ساعد بشكل كبير في معرفة عدد من التفاعلات الكيميائية التي تستخدم في زراعة المحاصيل وزيادة الإنتاجية منها وكيفية التغلب على عوامل المناخ السيئة التي قد تحيط بها ، كما قد ترتبط بمجموعة من العلوم الأخرى وغيرها من المجالات أيضا مثل الصناعة والدواء والغذاء الناتج عنها وما يحققه من فائدة .
كما ساعدت بصورة كبيرة في التكنولوجيا الحيوية الزراعية ، وتطوير عدد كبير من الأسمدة وغيرها عند التركيب الكيميائي عند إنتاج
المبيدات الحشرية
.
الهندسة الكيميائية الحيوية وعلاقتها بالبيئة
حيث ساعدت في فهم عدد كبير من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في البيئة المحيطة بنا ، ومدى ما ينتج عنها من تأثيرات قد تكون ضارة أو مفيدة للبيئة والعناصر الكيميائية التي تعمل على تحسين جودة المياه من خلال الحصول على المياه النقية من خلال التعرف على الأكسجين المذاب فيها .
والتعرف على المعادن التي تكون مذابة في الماء ، وفي النهاية قد تساعد في مدى معرفة مدى تأثير العناصر الكيميائية الموجودة في المياه عن مدي صلاحيتها للاستخدام البشري ، عما كان يوجد أضرار قد تترتب عن ذلك من خلال المواد الملوثة التي قد تكون موجودة فيها أو كيفية التخلص منها .
الهندسة الكيميائية الحيوية و العناصر الغذائية
فهي تقوم بتناول بعض المركبات الكيميائية التي تدخل في الغذاء من خلال التعرف على النشويات التي تعمل كوقود لجميع الخلايا الموجودة في الكائن الحية ، ومعرفة جميع الأجزاء الأساسية التي تشكل الخلايا من الليبيدات التي تحتوي على الزيوت والدهون ، ويعمل على مساعدة العضو الداخل في جسم الإنسان .
كما يمكن من خلالها التعرف على أنواع البروتينات وما تحتوي عليه من أجزاء معقدة وما تحويه من مئات الأحماض الأمينية التي تكون مفيدة للغاية لوظائف الخلايا المتنوعة، كما يمكن من خلالها معرفة الأحماض التي تكون ضرورية لجسم الإنسان ومعرفة الكائنات غير العضوية من المعادن والفيتامينات .
الهندسة الكيميائية الحيوية و الطب
حيث ساعد العلماء المتخصصين في هذا العلم في التعرف على التركيبات الكيميائية في العقاقير والفيتامينات التي تقوم بمعالجة الإنسان ، وساعدت في تطوير عدد كبير من الأدوية الطبية الحديثة .
كما يرتبط هذا العلم بمجموعة من العلوم الأخرى ويساعد بشكل كبير في معرفة عدد من المعلومات المتعلقة به من حيث المعادن الموجودة في الصخور الأرضية والظواهر الكيميائية ، التي قد تحدث فيها كما قد يرتبط هذا العلم بشكل كبير في
علم الجيولوجيا
.