高考申論題
105年
[醫學工程] 生物輸送原理
第 一 題
📖 題組：
血液為非牛頓流體，其流變行為可以 Casson equation 描述： τ^(1/2) = τ_y^(1/2) + s · γ_dot^(1/2)，其中 τ, τ_y, γ_dot 分別為流體所受之 shear stress, yield stress 及 shear rate。
血液為非牛頓流體，其流變行為可以 Casson equation 描述： τ^(1/2) = τ_y^(1/2) + s · γ_dot^(1/2)，其中 τ, τ_y, γ_dot 分別為流體所受之 shear stress, yield stress 及 shear rate。
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請說明造成血液之 τ_y > 0 之原因，和血容比之高低如何影響其 τ_y 值。（10 分）
思路引導 VIP
看到此題，應立即聯想血液作為懸浮液的微觀結構：降伏應力（yield stress）的來源是紅血球在低剪切環境下形成的「錢串構造（Rouleaux formation）」。作答時需明確點出促成此構造的關鍵大分子（如纖維蛋白原），並從粒子濃度與網狀結構強度的物理角度，解釋血容比（Hct）與降伏應力的正相關性。
小題 (二)
何種情況下，血液之流動性質可被視同為牛頓流體？血液在生理環境下，其流動行為可否以牛頓流體加以描述？理由為何？（10 分）
思路引導 VIP
看到此題，應先從 Casson equation 數學式切入，分析當剪切率極大時，降伏應力可忽略而趨近牛頓流體。接著必須將此數學極限與生理機制（如紅血球變形、Rouleaux formation 及纖維蛋白原的交互作用）結合，根據不同血管系統（大血管 vs. 微循環）的血流動力學特徵，分區討論牛頓流體假設的適用性。
小題 (三)
何種血漿蛋白對 τ_y 值之影響最顯著？請說明其原因。（5 分）
思路引導 VIP
看到這題，首先要聯想血液中主導低剪切率下紅血球聚集現象的關鍵大分子。接著，將該分子的生理作用（促使紅血球形成錢串排列）與流體力學中的物理量（降伏應力 Yield stress）進行因果連結即可得分。