高考申論題
108年
[醫學工程] 生物輸送原理
第 一 題
📖 題組：
請敘述下列問題：
請敘述下列問題：
📝 此題為申論題，共 5 小題
小題 (一)
當溶質（solute）半徑與薄膜孔洞半徑相去不大時，那兩種因素會特別影響使得溶擴散速率降低。（10 分）
思路引導 VIP
本題測驗「受限擴散（Restricted Diffusion）」的物理模型概念。當溶質半徑與孔洞半徑比例（λ）接近 1 時，應立刻聯想到溶質進入孔洞的「幾何機率降低」，以及在孔洞內移動時受孔壁影響導致的「黏滯摩擦增加」這兩個核心機制。
小題 (二)
以「擴散（diffusion）」或「通透（permeability）」探討溶質在微血管壁傳輸時，立論的最主要不同處為何？（10 分）
思路引導 VIP
看到此題，應立即聯想「微觀物理機制」與「巨觀集總模型」的差異。思考「擴散」是基於分子隨機運動的微觀傳輸（Fick's law），需探討膜內的濃度梯度分佈；而「通透」則將微血管壁視為單一屏障（黑盒子模型），著重於血管內外兩側驅動力與膜整體阻力的關係（集總參數）。
小題 (三)
請寫出（或畫出）3 種體內外連通醫材（extracorporeal device）如血液透析器中，血液與流體接觸可產生物質交換的形式（fluid contacting patterns）。（9 分）
思路引導 VIP
看到「體外連通醫材」與「物質交換形式（fluid contacting patterns）」，應直覺聯想到質傳模組中的「流體流動配置（Flow configurations）」。核心在於分析血液與透析液（或氣體）相對流動方向如何影響沿管長的「濃度梯度（Concentration gradient）」，並結合邊界層阻力的概念，列舉出逆向流、同向流與交錯流三種配置及其在醫學工程上的應用差異。
小題 (四)
Thiele modulus？（請解釋其意涵）（4 分）
思路引導 VIP
看到 Thiele modulus，應立刻聯想到「無因次群」以及它代表的物理意義：內部化學反應速率與質量擴散速率的競爭關係。答題時除了寫出基本定義與極端條件（大於1或小於1）的物理意涵，務必結合生物醫學工程（如組織工程或固定化酵素）的實際應用以展現學科素養。
小題 (五)
對血液而言，如何定義降伏強度（yield stress）？（3 分）又有那些因子（factors）會影響血液降伏強度？（4 分）
思路引導 VIP
作答時應先將血液視為非牛頓流體，從流體力學角度定義降伏應力（使流體開始流動的最小剪應力），並連結生理機制（破壞紅血球的 Rouleaux formation 所需之力量）。接著，思考組成此微觀結構的關鍵變數（如細胞數量、促凝聚蛋白等），以此系統性地列出影響降伏強度的核心因子。