2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——納米技術(shù)對(duì)生物大分子的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填涂在答題卡相應(yīng)位置。）1.下列哪一項(xiàng)不屬于通常所說的納米材料尺寸范圍（1-100nm）？A.量子點(diǎn)B.碳納米管C.超聲波換能器D.金納米顆粒2.納米材料表現(xiàn)出顯著尺寸效應(yīng)的主要原因是？A.表面積與體積比急劇增大B.出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)C.宏觀量子隧道效應(yīng)增強(qiáng)D.以上都是3.當(dāng)納米顆粒的尺寸減小到某個(gè)臨界值時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著變化，這主要是由于？A.表面效應(yīng)增強(qiáng)B.出現(xiàn)量子限域效應(yīng)C.尺寸效應(yīng)消失D.與周圍介質(zhì)相互作用改變4.在生物分子中，維持蛋白質(zhì)特定三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是？A.氨基酸序列的隨機(jī)性B.氫鍵和范德華力C.離子鍵和金屬離子配位D.碳水化合物殘基的相互作用5.下列哪種納米材料因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)（如表面等離激元共振）而常被用于生物分子的標(biāo)記和成像？A.碳納米管B.金屬納米顆粒（如金、銀）C.磷酸鈣納米晶體D.硅納米線6.納米材料與生物大分子結(jié)合時(shí)，生物大分子的構(gòu)象發(fā)生改變，這主要是由于？A.熵變的影響B(tài).納米材料表面電荷與生物大分子靜電相互作用C.納米材料進(jìn)入生物大分子疏水核心D.以上都是7.利用納米顆粒作為藥物載體進(jìn)行靶向治療，其主要優(yōu)勢(shì)在于？A.納米顆?？梢詿o限量承載藥物B.能夠?qū)⑺幬锔行У剡f送到病灶部位，減少副作用C.納米顆粒本身具有治療作用D.納米顆粒的制備成本極低8.場(chǎng)流色譜（FFF）技術(shù)利用納米粒子作為分離介質(zhì)或標(biāo)記物時(shí)，主要依賴于？A.納米粒子的大小排阻效應(yīng)B.納米粒子的電荷選擇性吸附C.納米粒子的光學(xué)旋光性D.納米粒子的磁響應(yīng)性9.量子點(diǎn)在生物應(yīng)用中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是？A.成本過高B.易在體內(nèi)降解C.光穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生光漂白D.缺乏足夠的表面修飾方法10.對(duì)于納米生物技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，以下哪項(xiàng)表述最為全面和科學(xué)？A.納米技術(shù)可以徹底解決所有生物醫(yī)學(xué)難題B.納米技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域唯一有前景的技術(shù)方向C.納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大潛力，但必須充分考慮其安全性和倫理問題D.納米技術(shù)只適用于基礎(chǔ)生物學(xué)研究，不能用于實(shí)際應(yīng)用二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上。）1.納米材料通常指三維尺寸至少有一維在________之間的材料。2.金屬納米顆粒的表面易吸附離子，帶上電荷，產(chǎn)生強(qiáng)烈的________效應(yīng)，影響其與生物分子的相互作用。3.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要包含________和________兩種基本形式。4.利用納米材料增強(qiáng)的光譜技術(shù)，如表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS），可以檢測(cè)痕量生物分子，其增強(qiáng)機(jī)制與納米材料的________和________有關(guān)。5.將納米材料引入生物體系時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行carefulsurfacemodification以實(shí)現(xiàn)特定的________、________和________功能。6.碳納米管根據(jù)其rolled-up材料的不同，可以分為________碳納米管和________碳納米管。7.納米技術(shù)在________（例如早期診斷、靶向治療）等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)潔明了地回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述量子尺寸效應(yīng)對(duì)納米顆粒光學(xué)性質(zhì)的影響。2.解釋納米材料為何具有比塊體材料更強(qiáng)的表面效應(yīng)。3.納米顆粒與蛋白質(zhì)結(jié)合后，可能引起蛋白質(zhì)哪些方面的變化？4.簡(jiǎn)述利用納米顆粒構(gòu)建生物傳感器的基本原理。四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，全面、深入地回答下列問題。）1.詳細(xì)論述納米材料在生物大分子結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用，并舉例說明。2.探討納米藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵要素，以及如何克服其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的主要挑戰(zhàn)。3.從納米技術(shù)的視角，分析其對(duì)未來分子診斷技術(shù)可能帶來的革命性變化，并討論相關(guān)的倫理考量。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.B5.B6.D7.B8.A9.C10.C二、填空題1.1-100納米2.靜電3.α-螺旋；β-折疊4.表面等離子體共振；局域表面等離子體共振5.功能化；靶向；控釋6.單壁；多壁7.生物醫(yī)學(xué)三、簡(jiǎn)答題1.量子尺寸效應(yīng)是指當(dāng)納米顆粒的尺寸減小到納米級(jí)別，其電子能級(jí)從連續(xù)譜變?yōu)榉至⒌哪芗?jí)。能級(jí)間距隨尺寸減小而增大，導(dǎo)致納米顆粒的光吸收邊向短波方向移動(dòng)（吸收峰藍(lán)移），且吸收強(qiáng)度發(fā)生改變。這使得納米顆粒表現(xiàn)出與塊體材料不同的光學(xué)吸收和發(fā)射特性，如吸收峰更強(qiáng)、發(fā)射峰更窄、顏色隨尺寸變化等，這些特性可用于生物分子的標(biāo)記和檢測(cè)。2.納米材料的尺寸在1-100nm之間，其表面積與體積之比遠(yuǎn)大于塊體材料。根據(jù)熱力學(xué)原理，系統(tǒng)傾向于向能量最低狀態(tài)演化，巨大的表面積意味著有更多的原子或分子處于高能量的表面位置，導(dǎo)致表面吉布斯自由能顯著增大。為了降低能量，表面原子會(huì)傾向于發(fā)生特定的排列或與外界發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，這種由高表面能引起的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)稱為表面效應(yīng)，包括表面張力、吸附性、催化活性等均會(huì)增強(qiáng)。3.納米顆粒與蛋白質(zhì)結(jié)合可能引起蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，如導(dǎo)致蛋白質(zhì)unfolding或misfolding，影響其天然活性；可能通過靜電相互作用、疏水作用等改變蛋白質(zhì)的溶解度；納米顆粒的表面官能團(tuán)可能與蛋白質(zhì)的氨基酸殘基發(fā)生化學(xué)修飾；結(jié)合事件可能觸發(fā)蛋白質(zhì)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能或影響其與其他生物分子的相互作用。4.利用納米顆粒構(gòu)建生物傳感器的基本原理通常包括：首先，將待檢測(cè)的生物分子（如酶、抗體、核酸適配體）固定在納米顆粒表面，或?qū)⒓{米顆粒作為標(biāo)記物與生物分子結(jié)合，形成識(shí)別識(shí)別單元；然后，將此識(shí)別單元與待測(cè)樣品接觸，若樣品中存在目標(biāo)分析物，則會(huì)發(fā)生特異性結(jié)合；接著，通過檢測(cè)納米顆粒的性質(zhì)變化（如光學(xué)信號(hào)的變化、電信號(hào)的變化、磁信號(hào)的變化等）來判斷目標(biāo)分析物的存在與否及濃度大小。納米顆粒獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)以及較大的比表面積，可以提高傳感器的靈敏度、選擇性和響應(yīng)速度。四、論述題1.納米材料在生物大分子結(jié)構(gòu)分析中有著廣泛的應(yīng)用。首先，利用其尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可以制備高分辨率的分離純化技術(shù)，如基于納米材料的功能化色譜柱（如碳納米管、量子點(diǎn)）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜生物樣品中目標(biāo)蛋白質(zhì)、核酸等大分子的快速、高效分離。其次，納米材料可以作為高靈敏度的探針和標(biāo)記物，用于生物大分子的檢測(cè)和成像。例如，利用金納米顆粒的表面等離激元共振效應(yīng)增強(qiáng)拉曼光譜（SERS），可以檢測(cè)蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)信息，甚至檢測(cè)單個(gè)分子；量子點(diǎn)作為熒光標(biāo)記物，可以高靈敏度地檢測(cè)和成像生物大分子的定位和動(dòng)態(tài)變化。此外，一些納米材料（如碳納米管、DNA納米結(jié)構(gòu)）可以模擬或構(gòu)建生物大分子的特定結(jié)構(gòu)和功能，用于研究結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。例如，利用DNAorigami技術(shù)可以構(gòu)建具有特定空間構(gòu)型的納米結(jié)構(gòu)，用于模擬蛋白質(zhì)復(fù)合物或研究分子識(shí)別過程。2.納米藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵要素包括：①靶向性，設(shè)計(jì)能夠特異性識(shí)別和靶向病灶部位（如腫瘤細(xì)胞、病變組織）的載體或分子探針，提高藥物在目標(biāo)部位的濃度，減少對(duì)正常組織的損傷；②控釋性，實(shí)現(xiàn)藥物在體內(nèi)的按需、定時(shí)、定量釋放，維持有效藥物濃度，延長(zhǎng)治療時(shí)間，降低副作用；③生物相容性與穩(wěn)定性，載體材料必須具有良好的生物相容性，無毒性或低毒性，并在體內(nèi)穩(wěn)定，能夠保護(hù)藥物免受降解；④有效載荷與效率，載體需要能夠承載足夠量的藥物，并確保藥物能夠有效地從載體中釋放出來，達(dá)到治療目的；⑤制備工藝與成本，設(shè)計(jì)合理的制備工藝，確保產(chǎn)品質(zhì)量和reproducibility，并考慮生產(chǎn)成本。納米藥物遞送系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的主要挑戰(zhàn)包括：①體內(nèi)行為的復(fù)雜性，納米顆粒在體內(nèi)的分布、代謝和排泄過程復(fù)雜，難以精確控制；②生物安全性，長(zhǎng)期或多次給藥后的潛在毒性、免疫原性等問題需要深入評(píng)估；③靶向效率不高，如何進(jìn)一步提高載體到達(dá)病灶部位的比例和特異性仍是一大難題；④載藥量和藥物釋放動(dòng)力學(xué)難以精確調(diào)控；⑤臨床轉(zhuǎn)化困難，從實(shí)驗(yàn)室研究到臨床應(yīng)用存在諸多障礙，如法規(guī)審批、大規(guī)模生產(chǎn)等。3.納米技術(shù)為分子診斷帶來了革命性的變化。首先，納米材料（如量子點(diǎn)、納米金、碳納米管、DNA納米結(jié)構(gòu)等）具有極高的比表面積和獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)，可以作為高靈敏度的探針和標(biāo)記物，顯著提高診斷方法的靈敏度，達(dá)到單分子檢測(cè)水平，例如利用SERS檢測(cè)病原體核酸，利用量子點(diǎn)檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物蛋白。其次，納米技術(shù)促進(jìn)了多參數(shù)、高通量檢測(cè)平臺(tái)的開發(fā)，例如微流控芯片結(jié)合納米傳感器，可以在同一平臺(tái)上同時(shí)檢測(cè)多種生物標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)疾病的快速、準(zhǔn)確診斷。納米生物傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣本（如血液、尿液、唾液）的無需或微量樣本需求，甚至實(shí)現(xiàn)原位、實(shí)時(shí)、無創(chuàng)檢測(cè)，例如利用納米顆粒增強(qiáng)的側(cè)向?qū)游?/p>