2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——超分子生物傳感器的設(shè)計和應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項不是超分子的主要特點？（）A.特異性識別B.自組裝能力C.穩(wěn)定性差D.空間結(jié)構(gòu)多樣性2.在超分子化學(xué)中，下列哪種相互作用不是主要的驅(qū)動力？（）A.共價鍵B.配位鍵C.氫鍵D.范德華力3.下列哪種物質(zhì)通常用作生物傳感器的識別元件？（）A.金屬離子B.糖C.抗體D.高分子聚合物4.生物傳感器根據(jù)識別元件的不同，可以分為哪幾類？（）A.電化學(xué)傳感器和光學(xué)傳感器B.酶傳感器、抗體傳感器和核酸適配體傳感器C.氣體傳感器和液體傳感器D.無機傳感器和有機傳感器5.下列哪種信號轉(zhuǎn)換方式靈敏度較高？（）A.磁場變化B.電阻變化C.發(fā)光強度變化D.質(zhì)量變化6.超分子生物傳感器相對于傳統(tǒng)生物傳感器的主要優(yōu)勢是什么？（）A.成本更低B.響應(yīng)速度更快C.選擇性更差D.穩(wěn)定性更差7.分子印跡技術(shù)常用于制備哪種類型的生物傳感器？（）A.酶傳感器B.抗體傳感器C.適配體傳感器D.分子印跡傳感器8.超分子生物傳感器在哪個領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛？（）A.空間探索B.醫(yī)療診斷C.藝術(shù)創(chuàng)作D.軍事國防9.下列哪種物質(zhì)可以作為超分子自組裝的構(gòu)建模塊？（）A.鹽B.水C.脂肪酸D.聚合物10.下列哪一項不是超分子生物傳感器設(shè)計時需要考慮的因素？（）A.識別元件的選擇B.信號轉(zhuǎn)換效率C.傳感器的成本D.傳感器的顏色二、填空題（每空1分，共20分）1.超分子化學(xué)是研究__________和__________之間非共價相互作用的化學(xué)分支。2.生物傳感器通常由__________元件、__________元件和__________系統(tǒng)組成。3.超分子識別的基本原理是__________的相互作用。4.常見的超分子自組裝驅(qū)動力包括__________、__________、__________和__________。5.信號轉(zhuǎn)換元件的作用是將__________轉(zhuǎn)換為__________。6.酶傳感器的優(yōu)點是__________、__________。7.抗體傳感器的缺點是__________。8.核酸適配體具有良好的__________和__________。9.分子印跡技術(shù)可以制備具有__________的傳感器。10.超分子生物傳感器在__________檢測方面具有巨大的應(yīng)用潛力。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述超分子自組裝的形成過程。2.簡述生物傳感器的工作原理。3.簡述超分子生物傳感器設(shè)計時需要考慮的主要因素。4.簡述超分子生物傳感器在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用。四、論述題（10分）設(shè)計一種用于檢測水中有害物質(zhì)（如重金屬離子）的超分子生物傳感器，并闡述其設(shè)計思路、識別機制、信號轉(zhuǎn)換方式和優(yōu)缺點。試卷答案一、選擇題1.C解析：超分子的主要特點包括特異性識別、自組裝能力、穩(wěn)定性好（在一定條件下）和空間結(jié)構(gòu)多樣性。穩(wěn)定性差不是超分子的特點。2.A解析：超分子化學(xué)研究的是分子間非共價相互作用，共價鍵是化學(xué)鍵的一種，不屬于分子間相互作用。3.C解析：抗體、酶、核酸適配體等生物分子可以作為生物傳感器的識別元件，識別特定的目標分析物。金屬離子、糖、高分子聚合物通常不作為主要的識別元件。4.B解析：生物傳感器根據(jù)識別元件的不同，可以分為酶傳感器、抗體傳感器、核酸適配體傳感器等。其他選項是按信號類型、狀態(tài)、材料等分類。5.C解析：發(fā)光強度變化可以非常微小，因此光學(xué)傳感器（特別是基于熒光或化學(xué)發(fā)光的傳感器）通常具有很高的靈敏度。6.B解析：超分子生物傳感器通常響應(yīng)速度快，因為超分子識別和信號轉(zhuǎn)換過程相對較快。7.D解析：分子印跡技術(shù)可以制備對特定分子具有高度選擇性識別的分子印跡聚合物，這些聚合物可以作為識別元件，制備成分子印跡生物傳感器。8.B解析：超分子生物傳感器在醫(yī)療診斷領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如疾病標志物檢測、藥物篩選、體內(nèi)監(jiān)測等。9.C解析：脂肪酸等amphiphilic分子可以作為構(gòu)建模塊，通過自組裝形成超分子聚集體。10.D解析：設(shè)計超分子生物傳感器時需要考慮識別元件的選擇、信號轉(zhuǎn)換效率、傳感器的選擇性、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、成本等因素。顏色不是主要考慮因素。二、填空題1.分子超分子解析：超分子化學(xué)是研究分子與分子之間通過非共價鍵形成的有序聚集體（超分子）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和相互作用的學(xué)科。2.識別信號轉(zhuǎn)換信號輸出解析：生物傳感器通常由能夠識別目標分析物的識別元件、將識別信號轉(zhuǎn)換為可測量的信號的信號轉(zhuǎn)換元件以及顯示或輸出信號的信號輸出系統(tǒng)三部分組成。3.特異性解析：超分子識別的特點是高度特異性，即超分子識別單元只能與特定的目標分子結(jié)合。4.離子-離子相互作用離子-偶極相互作用偶極-偶極相互作用vanderWaals力解析：這些是非共價鍵相互作用，是驅(qū)動分子或離子自組裝形成超分子的主要力量。5.識別信號可測量的信號解析：信號轉(zhuǎn)換元件的核心功能是完成這種轉(zhuǎn)換。6.選擇性好響應(yīng)速度快解析：酶具有催化作用，可以提高反應(yīng)速率，因此酶傳感器通常具有較好的選擇性和較快的響應(yīng)速度。7.重現(xiàn)性差，易失活解析：抗體是生物大分子，穩(wěn)定性相對較差，容易受到環(huán)境因素的影響而失活或變性，導(dǎo)致傳感器重現(xiàn)性差。8.選擇性穩(wěn)定性解析：核酸適配體是具有特定識別功能的核酸片段，具有良好的選擇性和一定的穩(wěn)定性。9.特異性識別解析：分子印跡技術(shù)可以制備對特定分子（印跡分子）具有高度選擇性的識別位點，即分子印跡效應(yīng)。10.重金屬離子解析：超分子生物傳感器在檢測環(huán)境中的重金屬離子污染方面應(yīng)用廣泛，因為許多重金屬離子可以與特定的超分子體系發(fā)生相互作用。三、簡答題1.超分子自組裝是指分子或離子通過非共價鍵相互作用，自發(fā)地聚集形成有序聚集體（超分子）的過程。這個過程通常受到濃度、溫度、pH值等環(huán)境因素的影響。首先，單體分子在溶液中通過隨機碰撞，形成非共價的弱相互作用。然后，這些相互作用導(dǎo)致單體分子聚集，形成小的超分子結(jié)構(gòu)。最后，這些小結(jié)構(gòu)進一步聚集，形成更大的、具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子聚集體。2.生物傳感器的工作原理是：當目標分析物進入傳感器的識別元件區(qū)域時，與識別元件發(fā)生特異性識別反應(yīng)。識別反應(yīng)導(dǎo)致識別元件的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)發(fā)生變化，這個變化被信號轉(zhuǎn)換元件感知，并轉(zhuǎn)換為可測量的信號（如電信號、光信號等）。最后，信號輸出系統(tǒng)將信號放大、處理并顯示出來，從而實現(xiàn)對目標分析物的檢測。3.設(shè)計超分子生物傳感器時需要考慮的主要因素包括：識別元件的選擇，需要選擇對目標分析物具有高選擇性、高靈敏度的識別元件；信號轉(zhuǎn)換方式的選擇，需要選擇將識別信號轉(zhuǎn)換為可測量信號的效率高、穩(wěn)定性好的信號轉(zhuǎn)換方式；傳感器的性能，包括靈敏度、選擇性、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性等；傳感器的應(yīng)用環(huán)境，需要考慮傳感器的工作溫度、pH值、溶劑等環(huán)境因素；傳感器的成本，需要考慮傳感器的制備成本、使用成本和維護成本。4.超分子生物傳感器在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用廣泛，例如：檢測疾病標志物，如腫瘤標志物、心血管疾病標志物等；進行藥物篩選，如篩選藥物靶點、藥物代謝產(chǎn)物等；進行體內(nèi)監(jiān)測，如血糖監(jiān)測、激素水平監(jiān)測等。超分子生物傳感器具有高靈敏度、高選擇性、響應(yīng)速度快、操作簡便等優(yōu)點，在醫(yī)療診斷領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。四、論述題設(shè)計一種用于檢測水中有害物質(zhì)（如重金屬離子）的超分子生物傳感器，可以采用以下思路：設(shè)計思路：利用具有高選擇性和穩(wěn)定性的超分子體系作為識別元件，結(jié)合電化學(xué)信號轉(zhuǎn)換方式，設(shè)計一種對特定重金屬離子具有高靈敏度和快速響應(yīng)的超分子生物傳感器。識別機制：選擇合適的超分子體系作為識別元件，例如，可以選擇具有特定識別位點的配位聚合物、輪烷、葫蘆脲等。這些超分子體系可以與重金屬離子發(fā)生特異性識別反應(yīng)，導(dǎo)致超分子體系的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)發(fā)生變化。例如，可以設(shè)計一種基于金屬離子-配體配位超分子的傳感器，當重金屬離子進入傳感器時，會與配體發(fā)生配位作用，導(dǎo)致配位聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化。信號轉(zhuǎn)換方式：選擇電化學(xué)信號轉(zhuǎn)換方式，例如，可以選擇電化學(xué)阻抗譜、電化學(xué)循環(huán)伏安法等。當重金屬離子與識別元件發(fā)生識別反應(yīng)后，會導(dǎo)致電極表面的電子轉(zhuǎn)移行為發(fā)生變化，從而在電化學(xué)測量中產(chǎn)生可測量的電信號。優(yōu)缺點：該超分子生物傳感器具有高選擇性、高靈敏度、響應(yīng)速度快、操作簡便等優(yōu)點。但是，該傳感器也可能存在一些缺點，例如，傳感器的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性可能受到環(huán)境因素的影響；傳感器的壽命可能有限；傳感器的成本可能較高?？梢酝ㄟ^優(yōu)化識別元件的設(shè)計、改進信號轉(zhuǎn)換方式、選擇