2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子傳感器技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪一項不是分子傳感器的基本組成部分？A.識別元件B.信號轉(zhuǎn)換元件C.換能器D.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2.基于抗原-抗體特異性結(jié)合原理的傳感器屬于哪種類型？A.光學(xué)型傳感器B.電化學(xué)型傳感器C.生物傳感器（特定類型）D.壓電型傳感器3.分子印跡技術(shù)（MIPs）的核心優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)對特定分子識別位點的？A.高靈敏度B.高選擇性C.快速響應(yīng)D.寬溫度范圍穩(wěn)定性4.在電化學(xué)分子傳感器中，三電極體系通常包括工作電極、參比電極和？A.對電極B.內(nèi)部電極C.質(zhì)量電極D.溫度電極5.下列哪種現(xiàn)象是分子識別元件與目標(biāo)分析物相互作用的基本驅(qū)動力？A.光吸收峰紅移B.產(chǎn)生表面等離子體共振C.酶促反應(yīng)速率改變D.靜電引力或范德華力6.評價分子傳感器性能的“檢測限”（LOD）通常是指能夠可靠檢測出分析物的最低濃度，其數(shù)值越小，表示傳感器的？A.穩(wěn)定性越好B.選擇性越好C.靈敏度越高D.響應(yīng)時間越短7.利用光纖的反射光強(qiáng)度變化來檢測待測物濃度的是哪種光纖傳感器？A.光纖布拉格光柵（FBG）傳感器B.調(diào)制型光纖傳感器（如FBG、干涉型）C.液體透鏡光纖傳感器D.表面等離子體共振光纖傳感器8.適配體（Aptamers）是通過對分子庫進(jìn)行篩選而獲得的具有特定識別功能的？A.蛋白質(zhì)分子B.合成聚合物C.DNA或RNA核酸鏈D.糖類分子9.將分子傳感器集成到微流控芯片上，其主要優(yōu)勢在于？A.提高傳感器的光學(xué)響應(yīng)B.實現(xiàn)樣品處理與檢測的自動化和小型化C.降低傳感器的制作成本D.增強(qiáng)傳感器的長期穩(wěn)定性10.分子傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的主要應(yīng)用包括檢測水體中的重金屬離子、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和？A.生物標(biāo)志物B.食品添加劑C.空氣中的顆粒物D.藥物成分二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.分子傳感器通常由________元件、________元件和換能器三部分構(gòu)成。2.基于酶催化反應(yīng)的傳感器屬于________傳感器，其檢測信號通常與反應(yīng)速率相關(guān)。3.分子印跡聚合物（MIPs）具有與模板分子相似的________和________，使其具有優(yōu)異的選擇性。4.電化學(xué)傳感器的信號轉(zhuǎn)換方式主要包括電導(dǎo)變化、電位變化和________變化等。5.傳感器的選擇性是指傳感器對________的響應(yīng)能力，以及抵抗________干擾的能力。6.利用原子力顯微鏡（AFM）或掃描力顯微鏡（SFM）可以檢測分子間相互作用的力，這類傳感器通常被稱為________傳感器。7.將生物識別分子（如酶、抗體、適配體）固定在傳感器表面，利用其與目標(biāo)物結(jié)合后引起的信號變化進(jìn)行檢測的傳感器稱為________傳感器。8.光纖傳感器具有體積小、重量輕、抗電磁干擾、________等優(yōu)點。9.壓電傳感器利用壓電材料在受到________或應(yīng)力作用時產(chǎn)生表面電荷變化的原理進(jìn)行信號檢測。10.分子傳感器技術(shù)正在向________化、________化和________化方向發(fā)展。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.分子識別2.信號轉(zhuǎn)換3.檢測限（LOD）4.微流控芯片5.適配體（Aptamer）四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述酶傳感器的基本工作原理。2.與傳統(tǒng)分析方法（如色譜、光譜）相比，分子傳感器的主要優(yōu)勢有哪些？3.簡述表面等離子體共振（SPR）技術(shù)在分子傳感器中的應(yīng)用原理。4.設(shè)計一個用于檢測水中低濃度氰化物（CN-）的分子傳感器，需要考慮哪些關(guān)鍵因素？五、論述題（10分。請結(jié)合具體實例，論述分子印跡技術(shù)在構(gòu)建高選擇性分子傳感器方面的優(yōu)勢及其應(yīng)用前景。）試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.A5.D6.C7.D8.C9.B10.C二、填空題1.識別；信號轉(zhuǎn)換2.生物3.結(jié)構(gòu)；功能4.電流5.目標(biāo)分析物；其他6.力7.生物8.長距離傳輸（或耐腐蝕、絕緣性好等合理答案）9.機(jī)械振動（或外力）10.微型；智能；便攜（順序可顛倒）三、名詞解釋1.分子識別：指分子傳感器中的識別元件（如酶、抗體、適配體、分子印跡聚合物等）與目標(biāo)分析物之間發(fā)生的特異性相互作用（如結(jié)合、催化、競爭等）的過程。2.信號轉(zhuǎn)換：指分子傳感器中識別元件對目標(biāo)分析物的識別事件（如結(jié)合、濃度變化）轉(zhuǎn)化為可測量物理量（如光信號、電信號、壓力信號等）的過程。3.檢測限（LOD）：指能夠以特定概率（通常為3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差）檢測到存在目標(biāo)分析物的最低濃度，數(shù)值越小，表示傳感器的靈敏度越高。4.微流控芯片：一種能夠?qū)ξ⒘苛黧w（納升級至微升級）進(jìn)行操控、反應(yīng)和分析的微型化裝置，通常集成在方寸芯片上，集樣品處理、反應(yīng)、分離、檢測于一體。5.適配體（Aptamer）：通過體外篩選技術(shù)（如SELEX）從巨大的分子庫（通常是核酸庫）中篩選獲得，能夠識別并結(jié)合特定目標(biāo)分子（小分子或生物大分子）的核酸（DNA或RNA）鏈。四、簡答題1.酶傳感器的工作原理：將具有特定催化活性的酶固定在合適的載體上，并將其固定在傳感器表面，構(gòu)成酶固定化傳感器。當(dāng)目標(biāo)分析物（底物）擴(kuò)散到酶固定層時，如果分析物是該酶的底物，則會被酶催化發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物或底物的濃度發(fā)生變化。通過構(gòu)建合適的電化學(xué)體系（如氧化還原體系）或其他換能器，將這種濃度變化轉(zhuǎn)化為可測量的電信號或其他物理信號。信號的強(qiáng)度通常與分析物的濃度成正比。2.分子傳感器的優(yōu)勢：*高靈敏度和選擇性：通過分子設(shè)計可以實現(xiàn)對目標(biāo)物極高的靈敏度和選擇性。*快速響應(yīng)：通常響應(yīng)時間較短，可實現(xiàn)實時或在線監(jiān)測。*微型化和便攜性：易于集成，可制成微型化甚至便攜式設(shè)備。*操作簡便：通常樣品前處理要求低，操作相對簡單。*多功能性：可設(shè)計用于多種分析物檢測，應(yīng)用范圍廣。3.SPR技術(shù)原理：當(dāng)一束特定波長的光以一定角度照射到金屬（通常是金或銀）薄膜表面時，會在薄膜表面產(chǎn)生表面等離子體共振（SPR）現(xiàn)象，形成一種沿表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ā砻娴入x激元。金屬薄膜的折射率對入射光的角度非常敏感。當(dāng)有分析物分子靠近或吸附在金屬薄膜表面時，會改變金屬/介質(zhì)界面處的折射率，導(dǎo)致SPR共振角發(fā)生偏移。通過檢測和分析這種共振角的偏移量，就可以定量檢測表面吸附分析物的量和親和力。在傳感器應(yīng)用中，生物識別分子固定在金屬薄膜表面，當(dāng)目標(biāo)分析物與之結(jié)合時，會引起共振角變化，從而實現(xiàn)分析物的檢測。4.設(shè)計CN-傳感器需考慮的關(guān)鍵因素：*選擇合適的識別元件：需要選擇對CN-具有高選擇性識別能力的分子（如特定的配體、酶、適配體或設(shè)計特定的分子印跡聚合物結(jié)構(gòu)）。*選擇合適的信號轉(zhuǎn)換方式：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的換能器，如電化學(xué)（如氧化還原、離子選擇性電極）、光學(xué)（如熒光、比色）、壓電等。*克服干擾離子：水中可能存在多種陰離子（如Cl-,SO42-等）干擾CN-的檢測，需要考慮識別元件的選擇性或設(shè)計補(bǔ)償機(jī)制。*檢測環(huán)境適應(yīng)性：考慮傳感器在實際水體環(huán)境（如pH、溫度、離子強(qiáng)度）下的穩(wěn)定性和耐受性。*靈敏度和檢測限：要求傳感器具有足夠低的檢測限以滿足環(huán)境監(jiān)測中對痕量CN-的要求。*重現(xiàn)性和壽命：傳感器應(yīng)具有良好的批間重現(xiàn)性和較長的使用壽命。五、論述題分子印跡技術(shù)（MIPs）在構(gòu)建高選擇性分子傳感器方面具有顯著優(yōu)勢。其核心在于通過模板分子（目標(biāo)分析物）和功能單體在聚合前預(yù)組裝，形成具有與模板分子互補(bǔ)的空腔結(jié)構(gòu)（印跡孔道）和識別位點的聚合物。這種印跡結(jié)構(gòu)賦予了MIPs材料具有與模板分子高度特異性結(jié)合的能力，即使在與模板分子結(jié)構(gòu)相似但并非模板的分子（類似物）存在時，也能表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性。這種選擇性源于識別位點的空間匹配和化學(xué)環(huán)境互補(bǔ)。例如，可以印跡特定藥物分子、環(huán)境污染物或生物標(biāo)志物，得到的MIP傳感器就能特異性地識別和富集目標(biāo)物。MIPs材料通常具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度