高考申論題
114年
[醫學工程] 生物材料學
第 一 題
常見的生醫材料有金屬、陶瓷、高分子三種，以人工髖關節為例，仿照人工髖關節結構，將人造股骨柄結構插入股骨髓腔內，人造臼杯當成人工髖關節在骨盆處的地基，股骨球頭接合在人造股骨柄上，和臼杯內的墊片相互運動對磨實現股骨的活動。請分別說明人造股骨柄、球頭、墊片、臼杯可以使用金屬、陶瓷或高分子何種材料？並說明理由。（20 分）目前臨床使用人工髖關節置換效果良好，一般可維持 10 年以上的使用，請說明磨損量最大的零件是那個零件？若是較年輕或是活動量較大的病友，建議考慮該零件使用那種材質？可以大幅降低磨損的情況。（10 分）
📝 此題為申論題
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看到此題，應先將人工髖關節拆解為四個主要部件，並結合其『生物力學與生理環境需求』（如股骨柄需高強度抗彎折、關節面需極低摩擦係數），逐一配對合適的金屬、陶瓷或高分子材料並解釋機制。接著針對失效診斷，鎖定關節運動界面的『墊片』為產生磨耗微粒（引發骨溶解）的最大源頭，並針對高活動量患者提出材料升級方案（如陶瓷對陶瓷、高交聯聚乙烯）以對比突顯其耐磨優勢。
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【破題】人工髖關節置換術（THA）的成功仰賴各部件材料的力學特性與化學性質互補，以承受人體高負載（動態應力）及複雜的生理腐蝕環境。材料的選擇必須基於生物相容性、機械強度及耐磨耗性。 【論述】 一、人工髖關節各部件之材料選擇與理由（20分）
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人工髖關節材料選用
💡 依部件功能需求，媒合適當力學與生物特性的金屬、陶瓷及高分子。
| 比較維度 | 傳統 UHMWPE 墊片 | VS | 先進材質 (XLPE/陶瓷) |
|---|---|---|---|
| 磨損速率 | 較高，易生微米磨屑 | — | 極低，抗磨損力強 |
| 失效後果 | 引發骨溶解導致鬆脫 | — | 大幅延長植入物壽命 |
| 適用族群 | 活動量較低之老年人 | — | 年輕或活動量大病友 |
| 材料特性 | 線性長鏈，自潤性佳 | — | 網狀交聯或超高硬度 |
💬先進材質透過改變化學結構或硬對硬介面，解決了傳統高分子的磨損瓶頸。
