实验人工肺装置

① 微型人工肺的各国关于“人工肺”的研究

2004年美国匹兹堡大学医学中心研制出一个能够暂时替代人体60%肺功能的装置。这个被称为“哈特勒呼吸导管”的“人工肺”，呼吸导管从大腿处进入人体静脉血管后，曲折上行，最后到达并定位于静脉腔——一根向心脏回送血液的主静脉。该装置的主要构件是一个外面缠绕着1000根空心细管的小气球，它每分钟能够膨胀与收缩300次。在此过程中，血液被推动着穿过这些细管，并不断从中吸进氧气，排出二氧化碳。
2002年4月，日本冈山大学医学系的科研人员宣布，他们已经研制出一种可以置入人体内部的小型“人工肺”。据此间媒体报道，这种“人工肺”是一种体积和形状与烟盒相仿的塑料装置，外部的氧气罐将为之提供氧气。“人工肺”内部充满了数万条极其微小的管状细丝，这些细丝可以充当滤血器。研究人员说，“人工肺”内部的血液循环将通过心脏的相关功能来完成，并不需要任何外部动力设备。他们希望“人工肺”能够用来作为等待接受器官捐献者的病人的临时装置。病人体内置入“人工肺”之后，想要四处活动一下就可以少费一些力气。

② 微型人工肺的芯片肺脏

哈佛大学成功制造出了能够自由呼吸的“芯片肺脏”，该系统让科学家看到了制造完整人工肺脏的希望
日前，哈佛韦斯研究所利用微型品制造技术与组织工程技术，将人类细胞与真空芯片结合，制造出了“一片”能够自由呼吸的人工肺。哈佛韦斯研究所主攻生物工程，是由哈佛大学、哈佛医学院以及波士顿儿童医院共同组织的研究机构。这枚大小如一片橡皮的装置模仿了肺脏最活跃的肺泡部分，并且能够完成将空气中的氧气混合至血液中的过程。
由于这枚“芯片肺脏”装置对诸如细菌以及空气污染产生的反应和活体肺脏相似，在未来将有可能会被用来测试药物安全以及人体对环境污染的反应。这个装置能够大大减少制药检查方面对活体动物实验的依赖，同时也能减少制药成本、缩短药物推向市场的时间。最令人兴奋的是，这个“芯片肺脏”系统让科学家看到了制造完整人工肺脏的希望。
即使是目前，这个半透明的肺脏也有助于研究人员了解肺脏的运行原理。哈佛韦斯研究所的总监和该项目论文的主要贡献人唐纳德·英勃（Donald Ingber）表示：“‘芯片肺脏’装置的高仿真性为将来的诸多科学实验提供了更好的选择，无疑会代替大量原本在动物身上测试的实验研究。”据悉，该研究成果已于6月25日发表在了美国《科学》杂志上。
目前，组织工程微系统的研究大多受到机械或者生物学上的限制，唐纳德说：“除非我们把实验放在真实的活体细胞、组织和器官中，否则就难以了解生物系统的运作规律。”而“芯片肺脏”装置让科学家对组织工程的研究又前进了一步，它将两层活体组织——内层为肺泡层，外层为血液循环层结合起来，利用真空原理让空气在整个系统中能够以高度还原的方式运作。

③ 人工肺仪器原理

（1）呼吸运动是指人体胸廓有节律的扩大和缩小的运动，包括吸气过程和呼气过程，呼吸运动主要与肋间肌和膈肌的运动有关．人在平静状态下，肋间肌收缩时，肋骨向上向下运动，使胸廓的前后景和左右镜都增大，同时膈肌收缩，膈顶部下降，使胸廓的上下径都增大这样胸廓的容积就增大，肺也随着扩张，外界空气通过呼吸道进入肺，完成吸气的过程．相反呼气与之过程大致相反．图乙Ⅱ阶段代表的相对气压逐渐减少，因此代表吸气过程中肺内气压变化．
（2）运用人工肺代替动物肺的研究实验膜式人工肺使用数万根中空纤维集束组成，每根中空纤维表面上布满了微孔，这些孔极小，制造人工肺的膜材料要求较高，使血液渗不出去，但可以排出二氧化碳、吸进氧气，进行气体交换，所以人工肺的研究与使用进展缓慢．
（3）若血泵为心脏，据分析可见：血管B是主动脉．（4）当血液通过肺动脉流经人工肺时，肺泡内的氧气扩散到血液里，血液中的二氧化碳扩散到肺泡里，这样，血液中二氧化碳的成分减少，氧气的成分增多．二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊是二氧化碳的特性．所以向澄清的石灰水内吹气，石灰水会变得浑浊，这说明人体呼出的气体中含有较多的二氧化碳．
（1）舒张；呼气；I
（2）气体
（3）主动脉（4）二氧化碳；向澄清的石灰水内吹气，石灰水会变得浑浊

④ 模拟人体呼吸的实验装置图

（1）该图演示呼吸运动过程，玻璃管①代表气管、②模拟人体的胸廓、气球③代表肺（或肺泡），橡皮膜④代表膈肌．
（2）图Ⅱ示表示膈肌收缩，膈顶下降，胸廓扩大，这时肺会扩张，肺内气压小于外界大气压，外界气体进入肺内，是吸气过程．
（3）图Ⅰ，图Ⅱ可以初步模拟肺与外界的气体交换，它是通过 呼吸运动实现的．
故答案为：（1）④；肺．
（2）吸；收缩；扩大；扩张；下降/减小．
（3）呼吸运动．

⑤ 实验装置

白云岩溶解实验装置与上一章介绍的石灰岩溶解实验装置相同，差别仅在于用白云岩旋转盘取代石灰岩旋转盘，故此处不再重复。

同样，白云岩溶解过程通过电导仪测定溶液电导并由计算机记录其变化来了解。本次实验中，溶液总硬度与电导率存在如下线性关系：

TH（mmol·L^-1）=5.56×10^-3σ（μS·cm^-1）-0.01 相关系数r=0.999

因此，由溶液电导的自动记录，可获得溶解过程中总硬度的变化，这样，白云岩溶解速率为

R=（V/A）（dTH/dt）/2

式中：V为溶液体积；A为旋转盘表面积；因子2表示1mol白云岩溶解产生2mol的硬度。

图9.1（a），（b）分别是低CO₂分压和高CO₂分压时的典型实验曲线。其中直线段表明在固定旋速和（或）固定碳酸酐酶浓度条件下，总硬度随时间是近似线性增加的。

实验时扩散边界层厚度ε可由下述Levich（1962）公式给出：

ε=1.61（D/ν）^1/3（ν/ω）^1/2

式中：D是分子扩散系数；ν为水的运动黏滞系数；ω即旋转角速度。

由此在本次实验中当旋速最低100r·min^-1时ε=5×10^-3cm，而最高3200r·min^-1时ε=8.84×10^-4cm，因为所有的实验雷诺数（Re=r²ω/ν，r旋转盘半径）低于2×10⁵，所以保证了实验是在层流的情况下进行的。

⑥ 人工肺的人工心肺机

人工心肺机是利用特殊人工装置将回心静脉血引出体外，进行气体交换、调节温度和过滤后，输回体内动脉的生命支持技术。由于这种特殊人工装置取代了人体心肺功能，又称为心肺转流，这种人工装置称为人工心肺机，如图4所示。
人工心肺机工作原理如图5所示，基本装置包括：
（1）血泵： 为驱使体外氧合血单向流动，回输体内动脉，代替心脏排血功能的主要部件。
（2）氧合血单向流动装置。
（3）氧合器： 氧合静脉血，排出二氧化碳，代替肺进行气体交换。
（4）变温器：利用循环水温与导热薄金属隔离板，降低或升高血液温度的装置。可作单独部件存在，但多与氧合器组成一体。
（5）滤器：由20～40μm 微孔的高分子材料滤网组成的装置，放置于动脉供血管路，用于有效滤除血液成分或气体等形成的微栓。
图4.人工心肺机
图5. 人工心肺机工作原理图

⑦ 实验室制取二氧化碳需要什么发生装置和收集装置

实验室制取二氧化碳，通常采用稀盐酸与石灰石发生反应，方程式为：

第二个层面，常用气体的发生装置和收集装置的选取方法，具体来说是这样的：
1、常见气体的发生装置的选取的依据是气体制取的反应原理，即反应物的状态和反应条件。如果是用固体或固体混合物在加热的条件下反应制取气体，那么就要选择合适的仪器组装成上图中的“固体加热型”的装置（或直接选取该装置），来进行实验制取该气体。如果是用固体和液体混合物在常温的条件下反应制取气体，那么就要选择合适的仪器组装成上图中的“固液常温型”的装置（或直接选取该装置），来进行实验制取该气体。但是，还需要注意的有：

（1）在“固体加热型”的装置中，管口应略向下倾斜，铁夹应夹在试管的中上部，应用酒精灯的外焰加热，试管内的导管不能伸的太长，刚露出橡皮塞即可。

（2）在“固液常温型”的装置中，长颈漏斗的下端管口应浸在液面下，瓶内的导管不能伸的太长，刚露出橡皮塞即可。
2、常用气体的收集装置的选取的依据是气体的溶解性、密度及其是否与水或者空气的成分发生反应等。如果气体是不易溶于水或难溶于水的，并且不与水发生反应，那么该气体可选取上图中的“排水法”的装置来收集。如果气体的密度比空气的小，并且不与空气的成分发生反应，那么上图中的上图中的该气体可选取上图中的“向下排空气法”的装置来收集。如果气体的密度比空气的大，并且不与空气的成分发生反应，那么上图中的上图中的该气体可选取上图中的“向上排空气法”的装置来收集。

但是，还需要注意的是：

（1）排水法收集气体时，要先在集气瓶中装满水，倒立于水槽中，瓶底不能有气泡；当气泡连续、均匀冒出时，把导管口放在瓶口内开始收集气体；导管口一开始冒气泡时，不宜立即收集，因为此时的气体中混有空气。当收集满气体（瓶内的水全部排净）时，要在水下用毛玻璃片盖好后取出；若收集气体密度比空气的大，就将集气瓶正方在桌面上备用；若收集气体密度比空气的小，就将集气瓶倒方在桌面上备用；

（2）排空气法收集气体时，一定要将导管伸到集气瓶的底部，并且收集的时间要稍微延长一点；以防瓶内的空气排不干净，使收集的气体的纯度不高。若选用向上排空气法收集气体时，还要注意用毛玻璃片盖住一半瓶口，以防密度更大的气体进入瓶内，使收集的气体的纯度不高。

⑧ 人工肺装置要配水箱吗

人工肺又名氧合器或气体交换器，是一种代替人体肺脏排出二氧化碳、摄取氧气，进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环，需和血泵配合称为人工心肺机。人体呼吸系统从外界空气中吸入氧，使氧气进入肺部血液，再运输到身体各部分使用。另一方面，肺部血液里的二氧化碳则渗透到气泡里，再排出体外。吸入的气体，顺着支气管在肺叶里的各级分支，到达支气管最细的分支末端形成的肺泡。肺泡是细支气管末端的球状小囊，每个肺约有三亿个肺泡，其总面积约等于一个网球场的大小，它们在把氧气供应给血液以及排出无用的二氧化碳的过程中起着关键作用。肺泡外面包绕着丰富的毛细血管。肺泡壁和毛细血管壁都是一层扁平的上皮细胞，吸气时，空气中的氧气透过肺泡壁和毛细血管壁进入血液；同时，血液中的二氧化碳也透过这毛细血管壁和肺泡壁进入肺泡，然后随着呼气的过程排出体外。人工肺又名氧合器或气体交换器，是一种代替人体肺脏排出二氧化碳、摄取氧气，进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环，需和血泵配合称为人工心肺机。70年代初，已将人工肺作为一个单独的人工器官进行研究。因它可以不用血泵而进行部分呼吸支持，并且有植入性人工肺的实验报告。因此，美国人工脏器学会(ASAIO)每年均有专门小组讨论人工肺的进展。目前用于心脏手术的人工肺大部采用一次使用的附有热交换装置的鼓泡式人工肺。该式人工肺己趋成熟在国内外得到广泛应用。随着工业化的发展，肺部疾患愈来愈多，人工肺在肺部疾病中的应用亦愈显重要。人工肺的研制成功，特别是近十余年来膜式人工肺的问世，为解决呼吸功能衰竭又开辟了一条新的途径。人工心肺机是利用特殊人工装置将回心静脉血引出体外，进行气体交换、调节温度和过滤后，输回体内动脉的生命支持技术。由于这种特殊人工装置取代了人体心肺功能，又称为心肺转流，这种人工装置称为人工心肺机，如图4所示。人工心肺机工作原理如图5所示，基本装置包括：（1）血泵： 为驱使体外氧合血单向流动，回输体内动脉，代替心脏排血功能的主要部件。（2）氧合血单向流动装置。（3）氧合器： 氧合静脉血，排出二氧化碳，代替肺进行气体交换。（4）变温器：利用循环水温与导热薄金属隔离板，降低或升高血液温度的装置。可作单独部件存在，但多与氧合器组成一体。（5）滤器：由20～40μm 微孔的高分子材料滤网组成的装置，放置于动脉供血管路，用于有效滤除血液成分或气体等形成的微栓。

⑨ 下面是历史上发现原子内部结构的几个著名实验的装置图，其中发现质子的装置是（） A． B．