2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——納米生物工程的應(yīng)用前景考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不屬于納米生物工程的主要研究范疇？A.利用納米材料進(jìn)行疾病診斷B.開發(fā)基于納米技術(shù)的組織工程支架C.研究單個(gè)氨基酸的構(gòu)象變化D.設(shè)計(jì)納米載體實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送2.在納米藥物遞送系統(tǒng)中，利用納米材料主動(dòng)靶向病變部位的主要機(jī)制包括：A.依靠納米材料的被動(dòng)靶向效應(yīng)（如EPR效應(yīng)）B.通過在納米材料表面修飾特異性配體，識(shí)別并綁定靶點(diǎn)分子C.僅依靠納米材料的尺寸效應(yīng)D.僅依靠納米材料的磁性，在磁場(chǎng)引導(dǎo)下到達(dá)靶點(diǎn)3.下列哪種納米材料因其良好的生物相容性和可調(diào)控性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛？A.金屬納米顆粒（如金納米顆粒）B.碳納米管C.二氧化硅納米顆粒D.石墨烯量子點(diǎn)4.納米生物傳感器的主要優(yōu)勢(shì)在于：A.成本極低B.可檢測(cè)物質(zhì)種類無(wú)限C.能夠?qū)崿F(xiàn)超高靈敏度和快速響應(yīng)D.僅適用于液體樣品檢測(cè)5.基于納米技術(shù)的基因治療面臨的主要挑戰(zhàn)之一是：A.基因治療市場(chǎng)不夠大B.難以實(shí)現(xiàn)基因的精確遞送和高效表達(dá)，以及降低免疫原性和脫靶效應(yīng)C.基因編輯技術(shù)過于簡(jiǎn)單D.患者接受度不高6.在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，納米生物工程技術(shù)的應(yīng)用可體現(xiàn)在：A.利用納米材料高效去除水體中的重金屬離子B.僅用于監(jiān)測(cè)空氣中的顆粒物C.開發(fā)基于納米傳感器的重金屬快速檢測(cè)方法D.以上都是7.“表面修飾”技術(shù)在納米生物工程中扮演著重要角色，其主要目的是：A.增加納米材料的產(chǎn)量B.降低納米材料的制備成本C.改善納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)（如尺寸、形狀、表面電荷）及其生物相容性、靶向性等功能D.使納米材料更容易被廢棄處理8.納米生物工程的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)分子科學(xué)與工程學(xué)科帶來(lái)的影響包括：A.提供了更先進(jìn)的表征手段B.催生了新的交叉學(xué)科方向和研究領(lǐng)域C.使分子層面的操控變得不再可能D.導(dǎo)致傳統(tǒng)材料科學(xué)失去重要性9.以下哪項(xiàng)技術(shù)不屬于納米生物工程的核心技術(shù)范疇？A.納米顆粒的合成與表征B.生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA）的納米尺度組裝C.基因測(cè)序技術(shù)D.納米機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制10.對(duì)于納米生物工程的應(yīng)用前景，以下哪種觀點(diǎn)最為全面？A.納米技術(shù)將徹底解決所有生物醫(yī)學(xué)難題B.納米技術(shù)只是一種改良現(xiàn)有生物技術(shù)的手段C.納米技術(shù)具有巨大的潛力，但也存在倫理、安全等挑戰(zhàn)，需要審慎發(fā)展和應(yīng)用D.納米生物工程的應(yīng)用前景有限，難以形成獨(dú)立的學(xué)科方向二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述納米材料在生物成像（如醫(yī)學(xué)成像）中的應(yīng)用原理及其優(yōu)勢(shì)。2.簡(jiǎn)述“靶向遞送”在納米藥物Delivery中的含義及其重要性。3.簡(jiǎn)述影響納米材料生物相容性的主要因素。4.簡(jiǎn)述納米生物傳感器的基本工作原理。5.簡(jiǎn)述納米生物工程領(lǐng)域面臨的主要倫理和安全挑戰(zhàn)。三、論述題（每小題15分，共30分）1.論述納米技術(shù)在癌癥診斷與治療中的潛在應(yīng)用前景，并分析其面臨的主要挑戰(zhàn)。2.論述納米生物工程在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域可能發(fā)揮的作用，并探討其應(yīng)用過程中需要考慮的關(guān)鍵問題。結(jié)束試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.B6.D7.C8.B9.C10.C二、簡(jiǎn)答題1.答案：納米材料因其獨(dú)特的尺寸效應(yīng)（如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)）和表面性質(zhì)，可以作為對(duì)比劑增強(qiáng)生物成像（如MRI的磁共振成像造影劑、CT的X射線造影劑、超聲的聲學(xué)造影劑）或直接參與成像過程（如光聲成像中的納米光聲劑）。其優(yōu)勢(shì)在于：更高的靈敏度（可檢測(cè)更低濃度的目標(biāo)物）；更好的組織穿透性（小尺寸易于進(jìn)入組織深處）；更強(qiáng)的靶向性（可修飾配體實(shí)現(xiàn)靶向）；更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間（改善體內(nèi)穩(wěn)定性）；可實(shí)現(xiàn)多模態(tài)成像（一種納米材料承載多種成像功能）等。解析思路：考察對(duì)納米材料在生物成像中作用機(jī)制的理解。需要回答納米材料如何參與成像（作為造影劑或成像介質(zhì)），以及相比傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)（靈敏度、穿透性、靶向性、穩(wěn)定性、多模態(tài)等）。2.答案：靶向遞送是指利用納米載體將藥物、基因或其他治療分子精確地輸送到體內(nèi)的特定部位（如腫瘤組織、感染灶或細(xì)胞內(nèi)的特定區(qū)室），而不是均勻地分布到全身。其重要性在于：提高藥物在靶部位的濃度，從而增強(qiáng)治療效果；減少藥物在非靶部位的分布，降低副作用；增加藥物對(duì)特定組織或細(xì)胞的滲透性。這對(duì)于治療疾病，特別是癌癥等局部性疾病具有重要意義。解析思路：考察對(duì)“靶向遞送”核心概念及其意義的理解。需要明確靶向遞送的定義（精確輸送到特定部位），以及其核心目的和意義（提高靶點(diǎn)濃度、減少副作用、增強(qiáng)療效）。3.答案：影響納米材料生物相容性的主要因素包括：①納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)，如尺寸、形狀、表面化學(xué)組成、表面電荷、表面官能團(tuán)等。尺寸和表面性質(zhì)對(duì)細(xì)胞膜的相互作用、體內(nèi)分布和代謝至關(guān)重要。②納米材料的穩(wěn)定性，包括在生物介質(zhì)中的分散性、氧化還原穩(wěn)定性等。不穩(wěn)定的納米材料可能釋放有害物質(zhì)。③納米材料的濃度和劑量。④體內(nèi)環(huán)境，如pH值、酶、血液成分等。⑤動(dòng)物個(gè)體差異，如年齡、性別、健康狀況等。⑥長(zhǎng)期暴露效應(yīng)。解析思路：考察對(duì)影響納米材料生物相容性的多方面因素的認(rèn)識(shí)。需要從材料自身屬性、劑量、環(huán)境、個(gè)體差異以及長(zhǎng)期效應(yīng)等多個(gè)維度進(jìn)行闡述。4.答案：納米生物傳感器的基本工作原理通常包括：首先，利用納米材料（如納米顆粒、納米線、納米管等）作為敏感元件，其表面或內(nèi)部發(fā)生與待測(cè)生物分子（如目標(biāo)蛋白、DNA片段、酶等）發(fā)生特異性相互作用（如抗原抗體反應(yīng)、DNA雜交、酶促反應(yīng)等）。這種相互作用會(huì)引起納米材料某種物理化學(xué)性質(zhì)（如電信號(hào)、光學(xué)信號(hào)、熱信號(hào)、機(jī)械形變等）的變化。然后，通過高靈敏度的檢測(cè)裝置（如電化學(xué)檢測(cè)器、光譜儀、壓電傳感器等）檢測(cè)到這種信號(hào)變化。最后，根據(jù)信號(hào)的變化量來(lái)確定待測(cè)生物分子的濃度或存在與否。解析思路：考察對(duì)納米生物傳感器基本工作流程的理解。需要描述從敏感元件與目標(biāo)物相互作用，到信號(hào)產(chǎn)生，再到信號(hào)檢測(cè)和結(jié)果判定的整個(gè)過程。5.答案：納米生物工程領(lǐng)域面臨的主要倫理和安全挑戰(zhàn)包括：①潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)：納米材料在體內(nèi)的長(zhǎng)期毒性、蓄積效應(yīng)、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力以及對(duì)特定器官（如肝臟、腎臟）的潛在損害等尚未完全明了。②環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：納米材料進(jìn)入環(huán)境后的行為、生態(tài)毒性以及對(duì)非目標(biāo)生物的影響需要深入評(píng)估。③數(shù)據(jù)安全與隱私：利用納米傳感器進(jìn)行生物識(shí)別或監(jiān)測(cè)時(shí)，可能引發(fā)個(gè)人健康信息泄露和數(shù)據(jù)濫用的風(fēng)險(xiǎn)。④公眾認(rèn)知與接受度：社會(huì)公眾對(duì)納米技術(shù)的認(rèn)知可能存在偏差，可能引發(fā)不必要的恐慌或抵制。⑤商業(yè)倫理：知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬、技術(shù)壟斷、利益分配等問題。解析思路：考察對(duì)納米生物工程可能帶來(lái)的倫理和社會(huì)問題的認(rèn)識(shí)。需要從健康、環(huán)境、數(shù)據(jù)、社會(huì)認(rèn)知和商業(yè)等多個(gè)維度列舉主要挑戰(zhàn)。三、論述題1.答案：納米技術(shù)在癌癥診斷與治療中的潛在應(yīng)用前景十分廣闊。在診斷方面，納米顆粒（如金納米顆粒、量子點(diǎn)、碳納米管等）可作為高靈敏度成像造影劑，提高癌癥的早期檢測(cè)率和成像精度（如光學(xué)成像、磁共振成像、超聲成像）。基于納米技術(shù)的生物傳感器可用于血液或其他體液中腫瘤標(biāo)志物的超早期檢測(cè)。在治療方面，納米載體（如脂質(zhì)體、聚合物納米粒、無(wú)機(jī)納米粒等）可提高抗癌藥物的靶向遞送效率，將藥物集中于腫瘤部位，降低副作用；同時(shí)可通過控釋技術(shù)延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間，提高療效。納米材料本身也具有直接殺傷癌細(xì)胞的能力（如熱療、光動(dòng)力療法、放療增敏）。此外，納米技術(shù)還可用于基因治療（如納米載體遞送基因編輯工具或治療性RNA）。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①如何實(shí)現(xiàn)高效、精確的靶向遞送，避免脫靶效應(yīng)。②如何提高納米載體的生物相容性和體內(nèi)穩(wěn)定性。③如何解決納米材料的長(zhǎng)期毒性問題。④如何降低治療成本，實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。⑤如何實(shí)現(xiàn)多模式治療（診斷+治療）的協(xié)同效應(yīng)。解析思路：考察對(duì)納米技術(shù)在癌癥診療領(lǐng)域應(yīng)用廣度和深度的理解。需要分別論述納米技術(shù)在癌癥診斷（成像、傳感）和治療（靶向遞送、直接殺傷、基因治療）方面的具體應(yīng)用方式及其優(yōu)勢(shì)，并能夠識(shí)別并分析該領(lǐng)域面臨的主要科學(xué)、技術(shù)和倫理挑戰(zhàn)。2.答案：納米生物工程在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域可能發(fā)揮重要作用。在污染治理方面，利用納米材料（如金屬氧化物納米顆粒、碳納米管、生物炭納米材料等）優(yōu)異的吸附性能，可以高效去除水體或土壤中的污染物，如重金屬離子、有機(jī)污染物、抗生素等。納米酶具有催化活性高、穩(wěn)定性好、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，可用于環(huán)境污水的降解處理。納米傳感器可用于快速、靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的污染物濃度。在環(huán)境修復(fù)技術(shù)方面，納米材料可作為修復(fù)劑，用于修復(fù)受污染的土壤和地下水（如作為載體促進(jìn)污染物降解或固定）。利用納米技術(shù)還可以開發(fā)新型環(huán)境友好型材料，替代傳統(tǒng)材料，減少環(huán)境污染。需要考慮的關(guān)鍵問題包括：①納米材料在