實驗人工肺裝置

① 微型人工肺的各國關於「人工肺」的研究

2004年美國匹茲堡大學醫學中心研製出一個能夠暫時替代人體60%肺功能的裝置。這個被稱為「哈特勒呼吸導管」的「人工肺」，呼吸導管從大腿處進入人體靜脈血管後，曲折上行，最後到達並定位於靜脈腔——一根向心臟回送血液的主靜脈。該裝置的主要構件是一個外面纏繞著1000根空心細管的小氣球，它每分鍾能夠膨脹與收縮300次。在此過程中，血液被推動著穿過這些細管，並不斷從中吸進氧氣，排出二氧化碳。
2002年4月，日本岡山大學醫學系的科研人員宣布，他們已經研製出一種可以置入人體內部的小型「人工肺」。據此間媒體報道，這種「人工肺」是一種體積和形狀與煙盒相仿的塑料裝置，外部的氧氣罐將為之提供氧氣。「人工肺」內部充滿了數萬條極其微小的管狀細絲，這些細絲可以充當濾血器。研究人員說，「人工肺」內部的血液循環將通過心臟的相關功能來完成，並不需要任何外部動力設備。他們希望「人工肺」能夠用來作為等待接受器官捐獻者的病人的臨時裝置。病人體內置入「人工肺」之後，想要四處活動一下就可以少費一些力氣。

② 微型人工肺的晶元肺臟

哈佛大學成功製造出了能夠自由呼吸的「晶元肺臟」，該系統讓科學家看到了製造完整人工肺臟的希望
日前，哈佛韋斯研究所利用微型品製造技術與組織工程技術，將人類細胞與真空晶元結合，製造出了「一片」能夠自由呼吸的人工肺。哈佛韋斯研究所主攻生物工程，是由哈佛大學、哈佛醫學院以及波士頓兒童醫院共同組織的研究機構。這枚大小如一片橡皮的裝置模仿了肺臟最活躍的肺泡部分，並且能夠完成將空氣中的氧氣混合至血液中的過程。
由於這枚「晶元肺臟」裝置對諸如細菌以及空氣污染產生的反應和活體肺臟相似，在未來將有可能會被用來測試葯物安全以及人體對環境污染的反應。這個裝置能夠大大減少制葯檢查方面對活體動物實驗的依賴，同時也能減少制葯成本、縮短葯物推向市場的時間。最令人興奮的是，這個「晶元肺臟」系統讓科學家看到了製造完整人工肺臟的希望。
即使是目前，這個半透明的肺臟也有助於研究人員了解肺臟的運行原理。哈佛韋斯研究所的總監和該項目論文的主要貢獻人唐納德·英勃（Donald Ingber）表示：「『晶元肺臟』裝置的高模擬性為將來的諸多科學實驗提供了更好的選擇，無疑會代替大量原本在動物身上測試的實驗研究。」據悉，該研究成果已於6月25日發表在了美國《科學》雜志上。
目前，組織工程微系統的研究大多受到機械或者生物學上的限制，唐納德說：「除非我們把實驗放在真實的活體細胞、組織和器官中，否則就難以了解生物系統的運作規律。」而「晶元肺臟」裝置讓科學家對組織工程的研究又前進了一步，它將兩層活體組織——內層為肺泡層，外層為血液循環層結合起來，利用真空原理讓空氣在整個系統中能夠以高度還原的方式運作。

③ 人工肺儀器原理

（1）呼吸運動是指人體胸廓有節律的擴大和縮小的運動，包括吸氣過程和呼氣過程，呼吸運動主要與肋間肌和膈肌的運動有關．人在平靜狀態下，肋間肌收縮時，肋骨向上向下運動，使胸廓的前後景和左右鏡都增大，同時膈肌收縮，膈頂部下降，使胸廓的上下徑都增大這樣胸廓的容積就增大，肺也隨著擴張，外界空氣通過呼吸道進入肺，完成吸氣的過程．相反呼氣與之過程大致相反．圖乙Ⅱ階段代表的相對氣壓逐漸減少，因此代表吸氣過程中肺內氣壓變化．
（2）運用人工肺代替動物肺的研究實驗膜式人工肺使用數萬根中空纖維集束組成，每根中空纖維表面上布滿了微孔，這些孔極小，製造人工肺的膜材料要求較高，使血液滲不出去，但可以排出二氧化碳、吸進氧氣，進行氣體交換，所以人工肺的研究與使用進展緩慢．
（3）若血泵為心臟，據分析可見：血管B是主動脈．（4）當血液通過肺動脈流經人工肺時，肺泡內的氧氣擴散到血液里，血液中的二氧化碳擴散到肺泡里，這樣，血液中二氧化碳的成分減少，氧氣的成分增多．二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁是二氧化碳的特性．所以向澄清的石灰水內吹氣，石灰水會變得渾濁，這說明人體呼出的氣體中含有較多的二氧化碳．
（1）舒張；呼氣；I
（2）氣體
（3）主動脈（4）二氧化碳；向澄清的石灰水內吹氣，石灰水會變得渾濁

④ 模擬人體呼吸的實驗裝置圖

（1）該圖演示呼吸運動過程，玻璃管①代表氣管、②模擬人體的胸廓、氣球③代表肺（或肺泡），橡皮膜④代表膈肌．
（2）圖Ⅱ示表示膈肌收縮，膈頂下降，胸廓擴大，這時肺會擴張，肺內氣壓小於外界大氣壓，外界氣體進入肺內，是吸氣過程．
（3）圖Ⅰ，圖Ⅱ可以初步模擬肺與外界的氣體交換，它是通過 呼吸運動實現的．
故答案為：（1）④；肺．
（2）吸；收縮；擴大；擴張；下降/減小．
（3）呼吸運動．

⑤ 實驗裝置

白雲岩溶解實驗裝置與上一章介紹的石灰岩溶解實驗裝置相同，差別僅在於用白雲岩旋轉盤取代石灰岩旋轉盤，故此處不再重復。

同樣，白雲岩溶解過程通過電導儀測定溶液電導並由計算機記錄其變化來了解。本次實驗中，溶液總硬度與電導率存在如下線性關系：

TH（mmol·L^-1）=5.56×10^-3σ（μS·cm^-1）-0.01 相關系數r=0.999

因此，由溶液電導的自動記錄，可獲得溶解過程中總硬度的變化，這樣，白雲岩溶解速率為

R=（V/A）（dTH/dt）/2

式中：V為溶液體積；A為旋轉盤表面積；因子2表示1mol白雲岩溶解產生2mol的硬度。

圖9.1（a），（b）分別是低CO₂分壓和高CO₂分壓時的典型實驗曲線。其中直線段表明在固定旋速和（或）固定碳酸酐酶濃度條件下，總硬度隨時間是近似線性增加的。

實驗時擴散邊界層厚度ε可由下述Levich（1962）公式給出：

ε=1.61（D/ν）^1/3（ν/ω）^1/2

式中：D是分子擴散系數；ν為水的運動黏滯系數；ω即旋轉角速度。

由此在本次實驗中當旋速最低100r·min^-1時ε=5×10^-3cm，而最高3200r·min^-1時ε=8.84×10^-4cm，因為所有的實驗雷諾數（Re=r²ω/ν，r旋轉盤半徑）低於2×10⁵，所以保證了實驗是在層流的情況下進行的。

⑥ 人工肺的人工心肺機

人工心肺機是利用特殊人工裝置將回心靜脈血引出體外，進行氣體交換、調節溫度和過濾後，輸回體內動脈的生命支持技術。由於這種特殊人工裝置取代了人體心肺功能，又稱為心肺轉流，這種人工裝置稱為人工心肺機，如圖4所示。
人工心肺機工作原理如圖5所示，基本裝置包括：
（1）血泵： 為驅使體外氧合血單向流動，回輸體內動脈，代替心臟排血功能的主要部件。
（2）氧合血單向流動裝置。
（3）氧合器： 氧合靜脈血，排出二氧化碳，代替肺進行氣體交換。
（4）變溫器：利用循環水溫與導熱薄金屬隔離板，降低或升高血液溫度的裝置。可作單獨部件存在，但多與氧合器組成一體。
（5）濾器：由20～40μm 微孔的高分子材料濾網組成的裝置，放置於動脈供血管路，用於有效濾除血液成分或氣體等形成的微栓。
圖4.人工心肺機
圖5. 人工心肺機工作原理圖

⑦ 實驗室製取二氧化碳需要什麼發生裝置和收集裝置

實驗室製取二氧化碳，通常採用稀鹽酸與石灰石發生反應，方程式為：

第二個層面，常用氣體的發生裝置和收集裝置的選取方法，具體來說是這樣的：
1、常見氣體的發生裝置的選取的依據是氣體製取的反應原理，即反應物的狀態和反應條件。如果是用固體或固體混合物在加熱的條件下反應製取氣體，那麼就要選擇合適的儀器組裝成上圖中的「固體加熱型」的裝置（或直接選取該裝置），來進行實驗製取該氣體。如果是用固體和液體混合物在常溫的條件下反應製取氣體，那麼就要選擇合適的儀器組裝成上圖中的「固液常溫型」的裝置（或直接選取該裝置），來進行實驗製取該氣體。但是，還需要注意的有：

（1）在「固體加熱型」的裝置中，管口應略向下傾斜，鐵夾應夾在試管的中上部，應用酒精燈的外焰加熱，試管內的導管不能伸的太長，剛露出橡皮塞即可。

（2）在「固液常溫型」的裝置中，長頸漏斗的下端管口應浸在液面下，瓶內的導管不能伸的太長，剛露出橡皮塞即可。
2、常用氣體的收集裝置的選取的依據是氣體的溶解性、密度及其是否與水或者空氣的成分發生反應等。如果氣體是不易溶於水或難溶於水的，並且不與水發生反應，那麼該氣體可選取上圖中的「排水法」的裝置來收集。如果氣體的密度比空氣的小，並且不與空氣的成分發生反應，那麼上圖中的上圖中的該氣體可選取上圖中的「向下排空氣法」的裝置來收集。如果氣體的密度比空氣的大，並且不與空氣的成分發生反應，那麼上圖中的上圖中的該氣體可選取上圖中的「向上排空氣法」的裝置來收集。

但是，還需要注意的是：

（1）排水法收集氣體時，要先在集氣瓶中裝滿水，倒立於水槽中，瓶底不能有氣泡；當氣泡連續、均勻冒出時，把導管口放在瓶口內開始收集氣體；導管口一開始冒氣泡時，不宜立即收集，因為此時的氣體中混有空氣。當收集滿氣體（瓶內的水全部排凈）時，要在水下用毛玻璃片蓋好後取出；若收集氣體密度比空氣的大，就將集氣瓶正方在桌面上備用；若收集氣體密度比空氣的小，就將集氣瓶倒方在桌面上備用；

（2）排空氣法收集氣體時，一定要將導管伸到集氣瓶的底部，並且收集的時間要稍微延長一點；以防瓶內的空氣排不幹凈，使收集的氣體的純度不高。若選用向上排空氣法收集氣體時，還要注意用毛玻璃片蓋住一半瓶口，以防密度更大的氣體進入瓶內，使收集的氣體的純度不高。

⑧ 人工肺裝置要配水箱嗎

人工肺又名氧合器或氣體交換器，是一種代替人體肺臟排出二氧化碳、攝取氧氣，進行氣體交換的人工器官。以往僅應用於心臟手術的體外循環，需和血泵配合稱為人工心肺機。人體呼吸系統從外界空氣中吸入氧，使氧氣進入肺部血液，再運輸到身體各部分使用。另一方面，肺部血液里的二氧化碳則滲透到氣泡里，再排出體外。吸入的氣體，順著支氣管在肺葉里的各級分支，到達支氣管最細的分支末端形成的肺泡。肺泡是細支氣管末端的球狀小囊，每個肺約有三億個肺泡，其總面積約等於一個網球場的大小，它們在把氧氣供應給血液以及排出無用的二氧化碳的過程中起著關鍵作用。肺泡外麵包繞著豐富的毛細血管。肺泡壁和毛細血管壁都是一層扁平的上皮細胞，吸氣時，空氣中的氧氣透過肺泡壁和毛細血管壁進入血液；同時，血液中的二氧化碳也透過這毛細血管壁和肺泡壁進入肺泡，然後隨著呼氣的過程排出體外。人工肺又名氧合器或氣體交換器，是一種代替人體肺臟排出二氧化碳、攝取氧氣，進行氣體交換的人工器官。以往僅應用於心臟手術的體外循環，需和血泵配合稱為人工心肺機。70年代初，已將人工肺作為一個單獨的人工器官進行研究。因它可以不用血泵而進行部分呼吸支持，並且有植入性人工肺的實驗報告。因此，美國人工臟器學會(ASAIO)每年均有專門小組討論人工肺的進展。目前用於心臟手術的人工肺大部採用一次使用的附有熱交換裝置的鼓泡式人工肺。該式人工肺己趨成熟在國內外得到廣泛應用。隨著工業化的發展，肺部疾患愈來愈多，人工肺在肺部疾病中的應用亦愈顯重要。人工肺的研製成功，特別是近十餘年來膜式人工肺的問世，為解決呼吸功能衰竭又開辟了一條新的途徑。人工心肺機是利用特殊人工裝置將回心靜脈血引出體外，進行氣體交換、調節溫度和過濾後，輸回體內動脈的生命支持技術。由於這種特殊人工裝置取代了人體心肺功能，又稱為心肺轉流，這種人工裝置稱為人工心肺機，如圖4所示。人工心肺機工作原理如圖5所示，基本裝置包括：（1）血泵： 為驅使體外氧合血單向流動，回輸體內動脈，代替心臟排血功能的主要部件。（2）氧合血單向流動裝置。（3）氧合器： 氧合靜脈血，排出二氧化碳，代替肺進行氣體交換。（4）變溫器：利用循環水溫與導熱薄金屬隔離板，降低或升高血液溫度的裝置。可作單獨部件存在，但多與氧合器組成一體。（5）濾器：由20～40μm 微孔的高分子材料濾網組成的裝置，放置於動脈供血管路，用於有效濾除血液成分或氣體等形成的微栓。

⑨ 下面是歷史上發現原子內部結構的幾個著名實驗的裝置圖，其中發現質子的裝置是（） A． B．