ตรวจข้อสอบ > จักรภพ ยี่สุ่นเทศ > การแข่งขันความถนัดทางวิศวกรรมศาสตร์ ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (High School Engineering Aptitude Competition) > Part 1 > ตรวจ

ใช้เวลาสอบ 15 นาที

Back

# คำถาม คำตอบ ถูก / ผิด สาเหตุ/ขยายความ ทฤษฎีหลักคิด/อ้างอิงในการตอบ คะแนนเต็ม ให้คะแนน
1


โรคหัวใจและหลอดเลือดประเภทหลัก ๆ (CVD) ที่กล่าวถึงในบทความนี้มีอะไรบ้าง

จากทั้งหมดที่กล่าวมา

CVD นั้นย่อมาจาก Cardiovascular disease ซึ่งหมายถึง โรคเกี่ยวกับหัวใจและหลอดเลือด ซึ่งโรคทั้งหมดที่กล่าวมาเบื้องต้น มีความเกี่ยวข้องกับหัวใจและหลอดเลือดทั้งสิ้น

จากบทความได้กล่าวไว้ว่า Various forms of CVD including coronary artery disease, hypertension, stroke, heart failure, peripheral artery disease, and arrhythmias, among others, have indeed become significant global health challenges หมายถึง CVD รูปแบบต่างๆ รวมถึงโรคหลอดเลือดหัวใจ ความดันโลหิตสูง โรคหลอดเลือดสมอง หัวใจล้มเหลว โรคหลอดเลือดแดงส่วนปลาย และภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ และอื่นๆ

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

2


วัสดุชีวภาพใดที่มีลักษณะพิเศษในการจำรูปร่างและมักใช้ในขดลวด

โลหะผสมนิกเกิล-ไทเทเนียม (นิทินอล)

นิทินอล (Nitinol) เป็นโลหะผสมของนิกเกิลและไทเทเนียม ซึ่งมีโครงสร้างผลึกพิเศษที่ทำให้เกิดคุณสมบัติ Shape Memory Alloy (SMA) เมื่อวัสดุถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิหนึ่ง วัสดุจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมที่ถูกกำหนดไว้ก่อนหน้านี้ คุณสมบัติ Shape Memory Alloy ทำให้นิทินอลเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง เช่น ขดลวดในอุปกรณ์ทางการแพทย์, เซ็นเซอร์, และแอคชูเอเตอร์

Shape Memory Alloy (SMA): เป็นปรากฏการณ์ทางวัสดุศาสตร์ที่วัสดุสามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้เมื่อได้รับความร้อนหรือเย็น โครงสร้างผลึกของนิทินอล: โครงสร้างผลึกของนิทินอลมีลักษณะพิเศษที่ทำให้เกิดคุณสมบัติ SMA การประยุกต์ใช้นิทินอล: นิทินอลถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างกว้างขวาง เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

3


ประโยชน์หลักของการใช้ขดลวดที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหนือขดลวดโลหะแบบดั้งเดิมคืออะไร?

การสนับสนุนชั่วคราวและการย่อยสลายอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ขดลวดที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ถูกออกแบบมาให้สลายตัวตามธรรมชาติเมื่อหมดอายุการใช้งาน ทำให้ลดปัญหาขยะและมลพิษ การย่อยสลายอย่างค่อยเป็นค่อยไป ช่วยให้วัสดุที่ต้องการสนับสนุนได้รับการรองรับในช่วงเวลาที่เหมาะสม ก่อนที่จะสลายตัวไปในที่สุด การสนับสนุนชั่วคราว นี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการรองรับในระยะเวลาจำกัด เช่น การเกษตร หรือการแพทย์บางประเภท

หลักการพัฒนาอย่างยั่งยืน: การใช้วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสอดคล้องกับหลักการพัฒนาที่ยั่งยืน เนื่องจากช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม วงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์: ขดลวดที่ย่อยสลายได้มีวงจรชีวิตที่สั้นลง ทำให้ลดปริมาณขยะและลดการใช้ทรัพยากรธรรมชาติ

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

4


ข้อเสียเปรียบหลักของขดลวดโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เช่น PLA/PGA คืออะไร

ความแข็งแรงทางกลมีจำกัด

ขดลวดโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เช่น ขดลวด PLA/PGA ซึ่งใช้กันทั่วไปทางการแพทย์ในปัจจุบัน แม้จะมีแนวโน้มดี แต่ก็มีข้อเสียหลายประการ แม้จะมีศักยภาพ แต่ขดลวดเหล่านี้มักมีความแข็งแรงเชิงกลที่จำกัด

จากบทความ PLA/PGA stents, which are commonly used clinically now, while promising, comes with several drawbacks. Despite their potential, these stents often exhibit limited mechanical strength

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

5


วัสดุชีวภาพประเภทใดที่เหมาะกับความเข้ากันได้ทางชีวภาพในการใช้งานด้านหัวใจและหลอดเลือด

วัสดุชีวภาพโพลีเมอร์

วัสดุชีวภาพที่ทำจากโลหะ: โลหะมักก่อให้เกิดปฏิกิริยาต่อต้านจากร่างกาย และอาจทำให้เกิดการอักเสบได้ วัสดุชีวภาพจากธรรมชาติ: วัสดุจากธรรมชาติ เช่น คอลลาเจน หรือไคติน แม้จะมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพดี แต่ก็มีความแข็งแรงและความทนทานต่ำกว่าโพลีเมอร์ วัสดุชีวภาพไฮบริด: วัสดุไฮบริดเป็นการผสมผสานระหว่างวัสดุหลายชนิด ซึ่งอาจมีความซับซ้อนในการผลิตและควบคุมคุณสมบัติ วัสดุชีวภาพเซรามิก: เซรามิกมีความแข็งแรงสูง แต่ขาดความยืดหยุ่นและอาจแตกหักได้ง่าย เพราะฉะนั้น วัสดุชีวภาพโพลีเมอร์ จึงเหมาะสมที่สุด

Biocompatibility: คือ คุณสมบัติของวัสดุที่สามารถสัมผัสกับเนื้อเยื่อและอวัยวะของสิ่งมีชีวิตได้โดยไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาต่อต้าน Polymer chemistry: โพลีเมอร์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เชื่อมต่อกันเป็นสายยาว ซึ่งสามารถออกแบบให้มีสมบัติเฉพาะทางได้ Medical device applications: วัสดุชีวภาพโพลีเมอร์ถูกนำไปใช้ในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์หลากหลายชนิด

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

6


ขดลวดเมมโมรีอัลลอยด์ได้รับการออกแบบให้คืนรูปทรงเดิมที่อุณหภูมิที่กำหนด หากการเปลี่ยนเฟสที่อุณหภูมิสูงของขดลวดเกิดขึ้นที่ 50°C จุดเปลี่ยนในหน่วยฟาเรนไฮต์คือเท่าใด

122°F

ใช้การเปลี่ยนหน่วยอุณหภูมิจาก 50 องศาเซลเซียส เป็น องศาฟาเรนไอต์

ใช้สูตร C/5 = (F-32)/9 50/5=(F-32)/9 F=90+32 F=122

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

7


ขดลวดที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะลดลงในอัตรา 7% ต่อเดือน ถ้ามวลขดลวดเริ่มต้นคือ 120 กรัม หลังจากผ่านไป 4 เดือน มวลของขดลวดจะเป็นเท่าใด

90.43 กรัม

จากการคำนวณพบว่าคำตอบที่ใกล้เคียงที่สุดคือ 90.43 แต่คำตอบที่คิดได้คือ 89.76

นำ ((((120 * 97%)97%)97%)97%)= มวลขดลวดที่เหลือ = 89.76 g

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

8


ขดลวดเมมโมรีอัลลอยด์ถูกบีบอัดที่อุณหภูมิห้อง (25°C) จากนั้นขยายเป็นรูปร่างเดิมที่อุณหภูมิร่างกาย (37°C) ถ้าความจุความร้อนจำเพาะของโลหะผสมคือ 0.45 J/ g°C และมวลของขดลวดคือ 60 กรัม ต้องใช้ความร้อนปริมาณเท่าใด

225 J

จากการคำนวณไม่พบคำตอบในตัวเลือก

ใช้สูตร Q = mcΔT Q= 60 * 0.45 * (37-25) Q=324 J

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

9


หากจำเป็นต้องปลูกถ่ายหลอดเลือดในหลอดเลือดแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 มม. และกราฟต์ขยายเป็น 1.8 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเดิม เส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้ายของกราฟต์คือเท่าใด?

จาการคำนวณได้คำตอบ = 7.2 มม.

นำเส้นผ่านศูนย์กลางตอนแรก x จำนานเท่าที่ขยายได้ = เส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้ายของกราฟต์ 4 x 1.8 = 7.2 มม.

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

10


วัสดุชีวภาพโพลีเมอร์จะสลายตัวในอัตราสัดส่วนกับมวลที่เหลืออยู่ หากมวลเริ่มต้นคือ 150 กรัม และลดลงเหลือ 105 กรัมในหนึ่งเดือน ค่าคงที่การสลายตัว kkk เป็นเท่าใดหากสมมติจลนศาสตร์ลำดับที่หนึ่ง

0.357

จากการคำนวณโดยใช้สมการหาค่าคงที่การสลายตัวได้คำตอบ = 0.357

ln(A/A₀) = -kt โดยที่: A คือ มวลที่เหลือในเวลา t A₀ คือ มวลเริ่มต้น k คือ ค่าคงที่การสลายตัว t คือ เวลา จะได้ค่า k = 0.357

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

11


ประโยชน์หลักของการใช้วัสดุนาโนในการรักษาบาดแผลคืออะไร?

การส่งมอบยาแบบกำหนดเป้าหมายและการปล่อยยาเป็นเวลานาน

การส่งมอบยาแบบกำหนดเป้าหมาย: วัสดุนาโนสามารถออกแบบให้ส่งมอบยาไปยังบริเวณบาดแผลโดยตรง ทำให้ยาออกฤทธิ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดผลข้างเคียงที่อาจเกิดขึ้นกับอวัยวะอื่นๆ การปล่อยยาเป็นเวลานาน: วัสดุนาโนสามารถควบคุมการปล่อยยาได้อย่างช้าๆ และต่อเนื่อง ทำให้ยาคงอยู่ในบริเวณบาดแผลได้นานขึ้น ส่งผลให้การรักษาบาดแผลมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

ตัวเลือกที่ 1, 2, 4: แม้จะเป็นประโยชน์ของวัสดุนาโน แต่ก็ไม่ใช่ประโยชน์หลักที่ทำให้วัสดุนาโนเหมาะสำหรับการรักษาบาดแผล ตัวเลือกที่ 5: การลดความเสี่ยงของการติดเชื้อและการอักเสบ รวมถึงการส่งเสริมการสมานแผล เป็นผลลัพธ์ที่ได้จากการส่งมอบยาแบบกำหนดเป้าหมายและการปล่อยยาเป็นเวลานานมากกว่าจะเป็นคุณสมบัติโดยตรงของวัสดุนาโน

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

12


วัสดุนาโนชนิดใดขึ้นชื่อในเรื่องฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียที่ดีเยี่ยมและความสามารถในการส่งเสริมการสมานแผล

อนุภาคนาโนเงิน

ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย: อนุภาคนาโนเงินมีคุณสมบัติในการยับยั้งการเจริญเติบโตและฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้หลากหลายชนิด ทำให้ลดความเสี่ยงในการติดเชื้อของบาดแผล ส่งเสริมการสมานแผล: อนุภาคนาโนเงินสามารถกระตุ้นให้เซลล์ผิวหนังสร้างคอลลาเจนและเนื้อเยื่อใหม่ได้ดีขึ้น ช่วยให้บาดแผลสมานเร็วขึ้น ความปลอดภัย: แม้ว่าอนุภาคนาโนเงินจะมีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย แต่ก็มีความปลอดภัยต่อเซลล์ของร่างกายเมื่อใช้ในปริมาณที่เหมาะสม

กลไกการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย: อนุภาคนาโนเงินจะทำปฏิกิริยากับโปรตีนและเอนไซม์ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของแบคทีเรีย ทำให้แบคทีเรียไม่สามารถแบ่งตัวและตายในที่สุด การส่งเสริมการสมานแผล: อนุภาคนาโนเงินสามารถกระตุ้นให้เซลล์สร้างปัจจัยการเจริญเติบโต (growth factors) ซึ่งช่วยในการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ งานวิจัยสนับสนุน: มีงานวิจัยจำนวนมากที่สนับสนุนประสิทธิภาพของอนุภาคนาโนเงินในการรักษาบาดแผล ทั้งในสัตว์ทดลองและในมนุษย์

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

13


อะไรคือความท้าทายหลักที่เกี่ยวข้องกับวัสดุนาโนในการรักษาบาดแผล?

ความเป็นพิษและผลกระทบด้านลบที่อาจเกิดขึ้น

ความเป็นพิษ: แม้ว่าอนุภาคนาโนจะมีขนาดเล็กและมีคุณสมบัติพิเศษ แต่การนำอนุภาคนาโนเข้าสู่ร่างกายก็อาจก่อให้เกิดผลข้างเคียง เช่น การระคายเคือง การอักเสบ หรือแม้แต่ความเป็นพิษต่ออวัยวะต่างๆ ได้ ผลกระทบด้านลบ: นอกจากความเป็นพิษแล้ว การใช้อนุภาคนาโนยังอาจมีผลกระทบด้านลบอื่นๆ เช่น การสะสมในร่างกาย การก่อให้เกิดปฏิกิริยาภูมิแพ้ หรือการรบกวนกระบวนการทางชีวภาพในร่างกายได้

จากการวิเคราะห์โจทย์และตัวเลือกต่างๆ ความเป็นพิษและผลกระทบด้านลบที่อาจเกิดขึ้น จึงเป็นอุปสรรคหลักที่เกี่ยวข้องกับวัสดุนาโนในการรักษาบาดแผล เนื่องจากเป็นประเด็นที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของผู้ป่วยและยังเป็นข้อกังวลสำคัญในการพัฒนาวัสดุนาโนเพื่อการใช้งานทางการแพทย์

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

14


บทบาทของอนุภาคนาโนทองคำในการรักษาบาดแผลดังที่กล่าวไว้ในบทความคืออะไร?

ลดการอักเสบและส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่

จากบทความกล่าวว่า อนุภาคนาโนทอง ช่วยในการส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่

จากบทความ Provides Electrical stimulation to the wound Used in photothermal therapy to promote tissue regeneration. Used as nanocarriers for antibiotics Gene nanotherapy เป็นบทบาทหน้าที่หลัก ของ Gold nanoparticles

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

15


คุณสมบัติใดของวัสดุนาโนที่ช่วยให้สามารถโต้ตอบกับกระบวนการทางชีววิทยาในระดับเซลล์และโมเลกุลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูงและคุณสมบัติพื้นผิวที่ปรับแต่งได้

อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูง: เนื่องจากวัสดุนาโนมีขนาดเล็กมาก ทำให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสต่อปริมาตรสูงมาก เมื่อเทียบกับวัสดุที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ส่งผลให้วัสดุนาโนสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลและเซลล์ได้มากขึ้น คุณสมบัติพื้นผิวที่ปรับแต่งได้: ผิวของวัสดุนาโนสามารถปรับแต่งให้มีคุณสมบัติเฉพาะ เช่น การเคลือบด้วยสารชีวโมเลกุล หรือการสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน ทำให้สามารถควบคุมการโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมทางชีวภาพได้อย่างแม่นยำ

ความสำคัญของขนาด: ขนาดที่เล็กมากของวัสดุนาโนทำให้สามารถเข้าถึงช่องว่างระหว่างเซลล์ และสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ การปรับแต่งพื้นผิว: การปรับแต่งพื้นผิวของวัสดุนาโนทำให้สามารถควบคุมการปลดปล่อยยา การจับกับเซลล์เฉพาะ และการกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมีได้ การประยุกต์ใช้: วัสดุนาโนที่มีคุณสมบัติเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในการส่งมอบยา การสร้างเซ็นเซอร์ทางชีวภาพ และการสร้างวัสดุปลูกถ่ายทางการแพทย์

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

16


วัสดุปิดแผลที่มีอนุภาคนาโนเงิน ( AgNPs ) ถูกนำไปใช้กับบาดแผล หากอนุภาคนาโนเงินปล่อยไอออนในอัตรา 0.5 มก./วัน และมวลรวมของ AgNPs ในน้ำสลัดคือ 10 มก. น้ำสลัดจะมีประสิทธิภาพในการปล่อยไอออนเงินได้กี่วัน

20 วัน

คำนวณโดยใช้ของมูลจากโจทย์

ปล่อยไอออน 0.5 มก./วัน มวลรวมของ AgNPs ในน้ำสลัดคือ 10 มก. ปล่อยวันล่ะ 0.5 มก. จะปล่อยได้กี่วัน คำนวณจาก 10/0.5 = 20 วัน

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

17


อนุภาคนาโนทองคำ (AuNPs) ถูกนำมาใช้ในการทำแผลเพื่อคุณสมบัติต้านการอักเสบ หากความจุความร้อนจำเพาะของ AuNPs เท่ากับ 0.129 J/ g°C และมวลของอนุภาคนาโนในน้ำสลัดคือ 5 กรัม จะต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการเพิ่มอุณหภูมิของอนุภาคนาโนจาก 25°C เป็น 37°C

7.74 J

คำนวณจากสมการการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ใช้สูตร Q = mcΔT Q = 5*0.129*(37-25) Q= 7.74 J

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

18


วัสดุนาโนโพลีเมอร์สลายตัวในอัตราสัดส่วนกับมวลที่เหลืออยู่ หากมวลเริ่มต้นคือ 50 กรัม และลดลงเหลือ 35 กรัมในหนึ่งเดือน ค่าคงที่การสลายตัว kkk เป็นเท่าใดหากสมมติจลนศาสตร์ลำดับที่หนึ่ง

หาคำตอบจาก สมการที่ใช้ในการคำนวณหาค่าคงที่การสลายตัว เลือกตอบข้อที่ใกล้เคียงที่สุด

ln(A/A₀) = -kt โดยที่: A คือ มวลที่เหลือในเวลา t A₀ คือ มวลเริ่มต้น k คือ ค่าคงที่การสลายตัว t คือ เวลา ค่า k = 0.357

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

19


หากไฮโดรเจลที่ใช้สมานแผลปล่อยยาในอัตราคงที่ 2 มก./ชั่วโมง. และปริมาณยาเริ่มต้นคือ 100 มก. ไฮโดรเจลจะปล่อยยาได้นานแค่ไหน?

50 ชั่วโมง

หาคำตอบโดยนำ ปริมาณยาเริ่มต้น หารด้วย อัตราการปล่อยออก

100/2 = 50 ชั่วโมง

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

20


อนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์ ( ZnO NP) มีความเข้มข้น 0.5 กรัม/ลิตร หากคุณมีสารละลายนี้ 2 ลิตร จะมี ZnO NP อยู่ในสารละลาย กี่กรัม

1.0 กรัม

ในสารละลาย 1 ลิตร จะมี ZnO NP 0.5 กรัม ถ้า ZnO NP 2 ลิตร จะมี 1 กรัม

หลักการของความเข้มข้น: เป็นพื้นฐานในการคำนวณปริมาณสารที่ละลายอยู่ในสารละลาย การคูณหน่วย: การนำความเข้มข้น (กรัม/ลิตร) คูณกับปริมาตร (ลิตร) จะทำให้หน่วยลิตรตัดกัน เหลือเพียงหน่วยกรัม ซึ่งเป็นหน่วยที่ต้องการหา

7

-.50 -.25 +.25 เต็ม 0 -35% +30% +35%

ผลคะแนน 99.5 เต็ม 140

แท๊ก หลักคิด
แท๊ก อธิบาย
แท๊ก ภาษา