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# 醫工概論 mid-term
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# 考題
## 林俊立
What is "foward engineering" and "reverse engineering" , expain different, application, realtionship

## 楊老師
選擇題
- 應力，應變，3D列印材料，3D列印技術，基層製造技術流程
- What is knietic

## 劉澤英
1. APF BCC計算 0.68
2. Which one is ZnS
3. 填空PMMA, PTFE, Nylon 6,6
4. 選擇題
應力遮蔽:楊氏模數
生物可降解:hydroxyapatite
材料在破損之前吸收的能量: toughness
彈弓釣竿

## 鐘老師
1. conduction and convection law
> 算式
2. 影響conduction與convection的主要參數
3. 日常的機車,冷氣,PC與手機用什麼方式散熱
4. 組織工程3大要素

## 駱老師
全選擇
- ADME (A,D)
- Endocytosis (三種機制選正確的)
- Routes of drug administration
- 
- 哪一個不是LOCATION CONTROL
- environment-gel
- nanomedecin
- feedback-regualted
- metabolism phase1
- oxidation
- reduction
- condensing (xxxx)
- hydrolysis
- distribution 影響因素
- 沒辦法被肝臟代謝
- metabolism major site
- liver

## 劉承揚
1. SEMICONDUCTOR DEVICE FABRICATION PROCESSES

2. what is diffration limit of optic system
3. how to obstain the higher resolution of optic system

## 蔡
不確定，因為我都看不懂
1.給一堆數值算血管管壁的流速等，擴散比率
2.Brownian Motion解釋
3.面積?還是長度?縮減一半
4.什麼是雷諾數

# 筆記

## 鐘次文老師
### 組織工程三要素
1. cell to scaffold細胞附著並遷移到支架上
2. signals to cells 促進細胞的增殖和分化
3. Scaffold to Signals 信號釋放到支架周圍

- Scaffold (支架)
1. 用生物材料做
2. 支架的目的讓細胞長上去並在支架上增長。 如同提供一個"家的房子"給他成長
3. 支架的可以用gels(水膠)、foams(海綿孔洞)、fibers(織出來的架構，腳踏墊上層的纖維)、ECM componets(死亡的人的器官把細胞洗掉剩下的"支架")
- cells
> 家庭的成員就像Cells
> - BMSC(Bone-marrow stem cell) 骨髓幹細胞
> - ADSC(Adipose stem cell) 脂肪幹細胞
> - 臍帶幹細胞
> 會使用幹細胞為優先是因為
> 1. **幹細胞為多功能**，給他適當訊號可以轉換成組織要的細胞
> e.g. 使用骨髓幹細胞並在體外加入試劑，就可以讓骨髓幹細胞長成心臟肌肉細胞
> 2. 越早期的細胞可以**減少大量的排斥**
> 不使用成熟的細胞是因為放到病人的身體上可能會造成排斥，並有可能病人免疫系統太差導致其他的病而死亡。
> - autogeneous (液體細胞)
> 同質或自己的。內皮細胞等等的都要用自己的。
> - allogeneic
> A人的細胞放到B人的身體裡
- signals
就像家庭裡互相送禮物促進家庭氣氛一樣。
signal促進細胞長的好。
> - 生長因子 (生長激素、賀爾蒙
> - 化合物 (試劑a,試劑b,試劑c 讓幹細胞變成所要的幹細胞
> - 機械刺激 (讓心肌細胞長的好，大部分都對細胞有正面的影響

醣類、蛋白質

### 數學公式 (熱傳導(Conduction)、熱對流(Convection))
https://www.uj5u.com/qita/59263.html
https://books.google.com.tw/books?id=Jkz8DwAAQBAJ&pg=PA133&lpg=PA133&dq=%E7%86%B1%E5%B0%8D%E6%B5%81+%E7%89%9B%E9%A0%93%E5%86%B7%E5%8D%BB+%E9%A1%8C%E7%9B%AE&source=bl&ots=lEEzYmfQMU&sig=ACfU3U0t1Dv9NRWNzy1YYBmiBvNQrMq5Mw&hl=zh-TW&sa=X&ved=2ahUKEwim4cHmzoP0AhX3yosBHUDoAok4ChDoAXoECBIQAw#v=onepage&q=%E7%86%B1%E5%B0%8D%E6%B5%81%20%E7%89%9B%E9%A0%93%E5%86%B7%E5%8D%BB%20%E9%A1%8C%E7%9B%AE&f=false
第一個 k質的重要（對於熱傳導，木頭的k、銅的k質、陶瓷）
> 介質在傳導熱的能力的快慢主要來自於k
> 影響此公式最高的一般以k 表示。 熱傳導係數越高的物質越容易導熱
> - **木頭: 0.17 W/mK**
> - **陶瓷: 1.22 W/mK**
> - **銅: 401 W/mK**
> 銅>陶瓷>木頭 單位 W/mK
> <span style="color:red;">**考題: 哪個材料最容易導熱，哪個材料最不容易導熱 (相同的dT/dx下)**</span>
dT/dx(單位距離上溫度的變化)
qx/A(x代表x方向,A代表單位面積), x方向單位面積上的熱傳導<span style="color:red">**速率**</span>
k為負號是因為熱始終向低溫度方向流動
- 穩定狀況下對時間的參數變化為0 (dq/dt=0)

第二個h（空氣、熱水、水蒸氣 差異很大 對於熱對流）
> 關鍵在h，空氣、熱水、水蒸氣差異非常大

第三點 q/A穩定狀態常數 可以建立起熱對流和熱傳導
> 把convection跟counduction結合起來的系統的關鍵為Steady-state(穩定狀態)，即q/A是常數，可以把熱對流、熱傳導做等號

第四點 不管h以及k要增加熱傳導的話，就增加熱傳導面積A （散熱面積），如同冷氣機後面的鱗片
- Force convection
> 強制對流,e.g. 夏天天氣熱的時候開"**電扇**"、冷氣口出來的冷氣是風扇在吹的，讓流體在空氣流動
> 茶杯裡的咖啡and牛奶"**攪拌**"
- Free convection
> 自由對流, e.g. 坐墊的熱從空氣很自由的傳導到身體感受到熱
:::danger
強制對流跟自由對流哪個對熱的傳送比較強: 強制對流
> 生活上開電扇，把風力開最高，讓自己感受到涼。
:::
- delta T 表面(物體介面)跟流體之間的溫度差異
- Condensing water vapor (蒸籠、水蒸氣 從蒸氣很少部分變成水熱傳最大，蒸東西的蒸氣做熱交換效率是最高的)

#### Radiation
- Steady-state 穩定狀態，解題最重要的關鍵
- 所有的成分的q/A都是一樣的，並用此觀念建立方程式

## 林峻立老師
### 3C/3R
3C (CAD\CAE\CAM)
- Computer Aided Design 電腦輔助設計
- Computer Aided Engineering 電腦輔助工程
- Computer Aided Manufacture 電腦輔助製造
3R (RE\RP\RT)
- Reverse Engineering 逆向工程
- Rapid Prototyping (3D-printing) 快速成形
- Rapid Tooling 快速模具

### 正向工程 , 逆向工程
CAE(電腦模擬分析)
Design=>CAD=>CAM 此流程稱為正向工程(Forward Engineering)

先有Sample=>逆向工程=>做出雛形品 此流程稱為逆向工程(Reverse Engineering)
CAD跟RE,RP會相通

### 3R or 3C 臨床應用
> CAD/CAM : 小海豚 (口腔開合運動復健器)
> - CAD (3D模型繪圖、2D工程三視圖)
> - CAM 把小海豚做出來
> - 臨床測試
> 3R: 頭顱大範圍缺陷重建 (先用影像處立與重建=>設計補塊=>補塊RP製作=>補塊RT製作)
> - 影像處理與重組
> - 影像重建
> - 補塊RP製作
> - 補塊RT製作

### CAE Key factor
3個都不准。
三大影響因素
Loads: 給的力量對不對
Geometry(幾何模型):
Materials: 材料特性，都是假設的
### CAE三大步驟
CAE力學分析。
步驟:
1. 前處理
> 幾何圖形建構
> Mesh
> Materials
> Boundary and loading conditions
2. Solution (解題)
3. 後處理

## 劉澤英老師
### Intravascular stent支架 發生的問題
1. <span style="color:red;">**急性血栓**</span>
> **支架裝完24小時內發生**
> 表面金屬導致會有一些血栓的問題出現
> 血液只認得第一層的血管內皮細胞，一旦碰到第二層的平滑肌就會開始凝血造成血栓
2. <span style="color:red;">**支架內再狹窄**</span>
> 4~6個月發生
> 內膜受傷後會復原，復原過程中會結疤，但長過頭，往血管流動的地方長，導致血管變得更窄。
:::success
以上兩點由<span style="color:red;">**帶藥支架(Drug-eluting stent)**</span>解決 (使用<span style="color:red;">**PLGA**</span>生物可降解性高分子)
> 可分解PLA(便利商店袋子)，跟PGA共聚合，比例會影響到分解速度。
在水溶性環境會水解
可以把油溶性藥物跟油溶性PLGA可以互融，塗在金屬支架上
抗癌藥 <span style="color:red;">**太平洋紫杉醇、rapamycin**</span> 對抗平滑肌細胞增生
釋放將近半年(4~6月)
:::
3. <span style="color:red;">**晚期血栓**</span> (第二代支架(帶藥支架)的問題)
> 會突然跑出來，致死率100%
> 時間1年多

### 生物材料三大分類

#### 金屬 Metals
- Stainless steel 生醫用不鏽鋼
- 以鈷為底
- 以鈦為底 鈦合金
- 金屬要的就是<span style="color:red;">**強度**跟**韌性(toughness)**</span>
> **toughness: 材料在破損之前吸收的能量**
吸收越高，韌性越好
- 金屬是3大材料中韌性最好
- 金屬跟金屬對磨會產生金屬屑，引起非常大的過敏反應，所以**用陶瓷鍍膜**避免
#### 陶瓷 Ceramic
- <span style="color:red;">**金屬元素跟非金金屬元素透過離子鍵或共價鍵形成的化合物**</span>
- 支架表面的<span style="color:red;">**氫氧基磷灰石 hydroxy apatite**</span>
> 骨細胞喜歡hydroxy apatite的環境
> 題外話: 化學是對的但結構上有問題還是沒效

- **生物鈍性**(inert): ZrO2, AL2O3 (磨屑比較安全)
- **生物活性**(Bioactive glasses): SiO2,鈣Ca、磷P、鈉Na、鎂Mg、鉀K，最多的就是鈣磷。
- **生物可降解**(骨整合性) (Calcium phosphates):釋出鈣跟磷 **(氫氧基磷灰石 hydroxy apatite)**
> 三鈣磷酸鹽
- 缺點為韌性不夠
> 用表面能吸收衝擊能，碎給你看，以破碎吸收能量

#### 高分子 Polymer
- 輕量、**柔軟**會變形但強度太低
- 生物可降解,酵素
- 水可溶解Water-soluble polymers
- Hydrogel (水膠)
> 天然的:透明質酸(軟骨) 算是Hydrogel以及Water-soluble跟Biodegradable
> 人工的:PLGA
### 化學式 (看到要認識)
#### PGA
#### PLA
#### PLGA
PLGA=>帶藥支架鍍層
PLA比較疏水
PGA高比較容易分解 (**差在CH3鉀基**) 水跟二氧化碳
#### PMMA 骨水泥 鈍性材料 (不分解) 身體裡很鈍
#### PE (不分解) 聚乙烯 人工膝關節耐磨層面 身體裡很鈍
#### PTFE 人工血管,鈍性材料,不沾鍋(鐵氟龍),衣服 (gore tex) (不分解) 血液認不出來
#### PVC 做容器用
#### Cellulose 纖維素
#### Nylon 身體裡很鈍
#### HEMA 隱形眼鏡

### Unit cell 單位晶胞
#### FCC,BCC,HCP配位數+計算
#### SC計算
#### FCC計算
#### BCC計算
#### 原子數計算

### 陶瓷材料 離子晶體

### 分子量 Molecular Weight
- 改分子量。
- 不換高分子材料的方法。
- 跟高分子有關的事情(改變特性)，不知道答案就回答分子量
- **溶液黏度(分子量低黏度低)、喜不喜歡結晶(分子量低的比較容易結晶)、分子量低的比較容易降解、溶解**
- 溶液黏度
- 溶解速度
- 降解速度
- 機械性質
- 結晶傾向
- tg點
> 口香糖咬的時候會軟，放在外面變硬
- 分子量高強度高比較有韌性

## 劉承揚
### 光學晶體 (Photonic Crystal)
光學晶體是週期性的介電質分佈的結構，由兩種以上的材料，互相交錯且有週期性的排列、相同間距而成。可以區分為一維﹑二維和三維。通常光子晶體結構或元件指的是二維以上的光子晶體結構。
- 光柵 (Grating): 可以產生"繞射"現像，一般材料無法產生。
- 光子能帶 (Photonic bandgap) : 光子在這個區間不會存在
> 1. 可以做電開關
> 建設性干涉(震幅相加)
> 
> 破壞性干涉
> 
> 2. 可以做出反射效果，並跟材料表面無關
### 光學現象 (optical phenomena)
- **繞射(diffraction)** : 當光通過障礙物後，偏離原有的直線路徑我們稱之為繞射。
- **干涉(interference)** : 光波的干涉就是兩個以上的光波互相疊加產生的現象。
- 反射(reflection) : 指波在抵達媒質介面時發生折回傳播的現象(光波入射到反射元件，光波的反射是由一個特定的角度反射。
- **折射(refraction)** : 光在進入不同介質時，在介面會由於光傳播速率的不同，而發生偏折的現象。
- 散射(Scattering) : 光通過不均勻介質時一部分光偏離原方向傳播的現象。(當太陽光穿越地球的大氣層時，部分的光被大氣分子鎖吸收，然後將其往其他方向發射的現象。
- 色散(dispersion): 可見光進入某一介質時，其速度隨著波長而有所改變。
- 全反射(total internal reflection): 入射角>臨界角則無折射，即全反射，e.g. 光纖(fiber)
### 光學晶體哪時候發生繞射 (猜測
- 入射波的波長，與進入的晶體中的原子間距長度接近時，就會產生繞射。

## 駱俊良
### ADME是什麼以及其定義
#### A (Absorption) 吸收
從注射(投藥)地點到量測的地方(血液)真正開始有濃度的過程。

大多數的藥物是弱酸性或弱鹼性的。
1. 弱酸性
當ph<pKa時解離濃度[A-]<未解離濃度[HA]，代表此時[HA]不易解離所以弱酸性物質在pH<pKa狀況較易吸收到體內。
2. 弱鹼性
當pH<pKa，解離濃度[B]<未解離濃度[BH+]，[BH+]不易解離所以弱鹼性物質在pH<pKa狀況下，不易吸收到體內。
#### D (Distribution) 分布
藥物往返於測量部位(通常是血液or血漿)的可逆過程。
- 影響藥物分布因子:
1. 血流大小
> 在肥胖組織血流慢
> 在心臟、肝臟以及腎臟會比骨骼肌的血流速度還快
2. 微血管通透度
> - 微血管結構 (腦血管屏障 (BBB,blood-brain-barrier))
> - 藥物結構 (極性、親疏水性)
3. Binding of drugs of protein
#### M (Metabolism) 代謝
是一種化學物質轉化為另一種化學物質的過程(主要由肝臟進行)，且此過程是不可逆的結構轉換。
- phase1: 把物質進行不可逆的氧化、還原、水解
- phase2: 以生物結合形式結合生物物質
> e.g. 親水性物質，使親水性上升導致排尿。
:::info
有些藥物不會被氧化、還原、水解，會直接進入phase2。
:::
#### E (Eliminaiton) 排泄
藥物從血液中不可逆的損失(消失掉了)。

藥物濃度消失只會在排泄發生。
透過代謝(metabolism)、排泄(excretion)兩種方式消除藥物
1. 尿液 => Major
2. 糞便 => Major
3. 肺部(對少量酒精排泄) => Minor
4. 汗腺 => Minor
5. 乳汁 => Minor

### 影響Bioavaliability的因素
1. First-pass elimination (biotransformation) 肝代謝能力
> 發生在肝臟
2. Solubility of drug 藥物溶解性
> lipid脂溶/water水溶
> e.g. 脂溶性藥物較易進入細胞膜
3. Chemical instability 藥物穩定性
> stability in physiology
> e.g. 藥物進入腸胃後，是否會被胃酸破壞掉?或失去活性?
4. Natural of the drug formulation 藥物的劑型
> slat form, crystal form, size etc.

### Sustained release and controlled release
- Sustained release (緩延釋放)
緩慢的溶解被覆(coating)或使用低溶解度之藥劑。
- controlled release (控制釋放)
利用包覆膜(coating membrane)特性或複合式藥物核心等藥物設計方式，控制藥物釋放速率。
- 儲存裝置
> 把藥物包埋在中間
- 均一裝置
> 把藥物均勻的分布

### 藥物控制(Drug controlled release)分為幾大類
- rate control 速率控制DDS (drug delivery system)
- 預設速率 Rate-preprogrammed DDS
> 一吃下去就開始釋放
- 活化調節 Activation-modulated DDS
> 有刺激才開始釋放
- 回饋控管 Feedback-regulated DDS
> 有開關
- location control 地點控制 19:00
- 被動標靶 Passive targeting DDS
> 靠血管裡面通透性的差異進行藥物的選擇性的累積
- 主動標靶 Active targeting DDS
> 神奇子彈，讓子彈搜尋目標
### Location control分哪幾類and舉例子
- **enviroment-sensitive gel **
- Temperature (45:40)
> - 某些材料在特定的溫度，會從親水狀態變疏水狀態，把藥物擠出來，e.g. PNIPAAm(LCST 32度)
> - Pluronic，依據分子量鏈段不同，濃度不同會有不同的應答溫度，e.g. 選擇在37度應答的組合，Pluronic藥物混合在一起，溫度提升時Gelation，慢慢的產生erosion然後再把藥物慢慢地釋放出來。
> - 眼藥水治療青光眼
- pH
> 藥物比細胞小，細胞就可以把藥物吞進去，進去後會先經過endosome，在跟lysosome結合。會把H+打進去讓pH降低。
- Glucose
> 把Insulin用membrane包起來對外面的葡萄糖做感知，葡萄糖濃度高時通知membrane把Insulin釋放出去;葡萄糖濃度低時通知membrane關起來不釋放Insulin。
- Electric siganl
- Light
- Antigen
- Enzyme-cleavage-gel (HPMA)
- **nanoparticles** (10~500 nm之間)
- Marcromolecular drug
- Liposome (80~100 nm)
- Polymeric micelles
### endocytosis 3 機制 (1:13:20)
1. Fluid-Phase Endocytosis
> 培養細胞時加入培養基，有particle在上面時，造成力量物質產生沉澱而產生壓力感知讓細胞主動吞噬
2. Adsorptive Endocytosis
> particle帶的是正電可能一進入到組織之後跟細胞的負電一結合就可以被吸收進去
3. Receptor-Mediated Endocytosis
> particle外面有一些標靶物質可以去針對標靶物質產生結合後在吞噬進去

:::info
速率最慢: Fluid-Phase
速率次中: Receptor-Mediated
:::

### 高分子於藥物控制釋放系統的機制 (額外)

## 楊世偉老師

### 隨堂練習
- 楊氏模數E定義及單位 (正向應力/正向應變，單位跟應力一樣，Pa,常見的MPa,GPa)
> E = 正向應力/正向應變 (即E的定義為正向應力與正向應變的比值)
> GPa, MPa
- 應變ε定義及單位 (變形量 / 長度，無單位)
- 普松比0.5,當v=0.25，體積會變大
- 骨頭同時受拉應與壓應，會受剪應力
- 90度2kg的球需施力275N如果有30度角度 力量會變大?
### 靜力學
乘上cos 30度即為答案 (238)
[圖片來源](https://www.strongerbyscience.com/how-to-bench/)

### 應力 (Definition of Stress)
sigma = F(force , loads) / A (area)
#### 例題


### 應變 (Definition of Strain)
:::danger
無單位，或是以%百分比表示
:::
epsilon = delta L / L
Strain = extension(變形量) / original length(材料原本的長度)
#### 例題
一直徑為40之金屬圓柱，其長度為5m，受一章例作用後，長度變為5.003m，是求此材料所產生之應變。
(5.003 - 5) / 5 = 0.0006

### 浦松比 (Poisson's ratio)
v = 橫向應變/軸向應變

#### 例題
(0.05/25) / (2/300) = 0.3

### 剪應力

### Fracture Mechanics

### Bending stress (彎曲應力) 以及 beding strain


### 扭矩

### 粉筆3種斷面 (Three types of fracture)

紅色粉筆，上tension，下compression，中間不受力

### GMP(Good Manufacturing Practice) 良好作業規範

### 法規相關
製程軟體(Build Preparation Software)進行額外的前處理程序，這些處理通常分為 4 個步驟：
1. 建構體積置放(build volume placement)；
2. 添加支撐材(addition of support material)；
3. 切層(slicing)；
4. 建立建構路徑(creating build paths)。

## 蔡瑞瑩
### Hooken Elastic Solid
### Elastic Modulus
### Newtonian Fluid
### Dimensional Analysis
第一個du/dt是transient inertia
第二個uj*dui/dxj 是convective inertia
第5個u/p^2ui是viscous force
### Blood flow in A curcular Tube

### Brownian Motion

### !!!Quantitative modeling of mass transfer
:::danger
:::
### !!!擴散
:::danger
:::
### !!!Deformation of solids & fluids
:::danger
Elastic Solid:彈性固體
> elastic deformation 彈性變形 (可逆的)
> strain tensor應變張量

Viscous Fluids: 黏性留體
> 塑性變形 (不可逆,永久形變)
> 跟施加應力的時間有關，越久變形量越多
> 單位時間產生多少的變形量: strain rate

Most Biological Tissue
:::