106年 - 106 高等考試_三級_醫學工程：生物輸送原理#63506

一、假設一個半徑為 r 不含微血管的球形腫瘤組織，表面覆蓋微血管以供應濃度為 的氧氣，並以速率 被腫瘤組織吸收利用。當氧氣濃度為零時，腫瘤組織會壞死 （necrosis）。試計算當氧氣消耗速率為 120 nmol ，此腫瘤組織在壞死之前的大小（r）。

 其中氧氣擴散係數

二、請在下圖 a-d 曲線中分別標示出 Newtonian fluid；Bingham Plastic；Power Law fluid(n＞1)及 Power Law fluid(n＜1)。並敘述各流體基本特性。，滑囊液 （synovial fluid）及血液（blood）又分別較適合以何種流體形式描述。

⑴以那個物理量可以評估「擴散與對流」的差異（the significance of diffusion versus convection）？

⑵如果葡萄糖和 IgG 的擴散係數分別為及 2×，對流速度為 0.2 μm  ， 則下列條件下的輸送現象主要為擴散或對流？

1.葡萄糖傳送超過 150 μm 距離

2.葡萄糖傳送超過 0.15 μm 距離

3. IgG 傳送超過 150 μm 距離

4.IgG 傳送超過 0.15 μm 距離

四、培養微生物製造重組蛋白時會釋放熱量，因此放大製程時常需額外的冷卻系統。現 在將 Escbericbia coli 以 10 的密度培養於 aqueous broth，且每克的細菌會產生 5 kJ 的熱量；同時反應器為隔熱裝置，亦即所產生的熱都被水吸收。假設 broth specific heat capacity 為 4 kJ ，密度為 1000 kg ；開始培養前溫度為 25°C 則在穩態 （steady-state）下培養後，反應器的溫度將是多少？

⑴最適當管徑 R 與流量 Q 的關係式。

⑵在此狀態下的 cost function 為何？

六、NO 的濃度可調整血管的擴張程度，也會影響血紅蛋白（hemoglobin）功能及肌肉細 胞的生長；因此已有許多方式估算 NO 在不同組織內的濃度。NO 也同時會與氧氣產 生下列反應：

速率表示為 反應速率常數 k 在 25°C 時為 2×

利用上述公式計算在 NO 初始濃度為 0.1 μM，氧氣濃度為 100 μM 狀況下，NO 消耗半衰期。