2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)器械設(shè)計(jì)工程中的應(yīng)用考試時(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)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在設(shè)計(jì)用于血液透析的膜分離器時(shí)，理解哪些分子生物學(xué)層面的知識(shí)對(duì)于優(yōu)化膜表面生物相容性至關(guān)重要？A.DNA復(fù)制的基本酶學(xué)機(jī)制B.細(xì)胞粘附分子的種類(lèi)與功能C.蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)算法D.突變型基因的致病原理2.下列哪種分子診斷技術(shù)最常利用抗體作為識(shí)別靶標(biāo)分子的工具？A.PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）B.基因芯片（Microarray）C.免疫熒光檢測(cè)D.液體活檢中的循環(huán)腫瘤DNA檢測(cè)3.設(shè)計(jì)組織工程支架材料時(shí)，為了促進(jìn)細(xì)胞粘附和增殖，需要考慮模擬細(xì)胞外基質(zhì)的哪些關(guān)鍵分子特征？A.特定的DNA序列組成B.特定的糖胺聚糖（GAGs）和蛋白聚糖分布C.特定的氨基酸序列重復(fù)單元D.特定的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)4.基于核酸適配體（Aptamer）的分子診斷或治療器械設(shè)計(jì)，其核心優(yōu)勢(shì)在于？A.可以在體外快速篩選獲得特異性分子識(shí)別體B.具有極高的熱穩(wěn)定性C.本身具有酶活性D.成本極低，易于大規(guī)模生產(chǎn)5.在開(kāi)發(fā)靶向特定癌細(xì)胞表面抗原的藥物遞送系統(tǒng)或診療一體化設(shè)備時(shí)，首先需要依賴(lài)？A.基因編輯技術(shù)（如CRISPR）進(jìn)行癌細(xì)胞改造B.分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行靶點(diǎn)抗原的鑒定與結(jié)構(gòu)解析C.計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行藥物載體設(shè)計(jì)D.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步藥效評(píng)估6.利用生物傳感器檢測(cè)特定生物標(biāo)志物時(shí)，其核心部件通常包括？A.固定化的抗體或核酸適配體B.能夠響應(yīng)目標(biāo)分子變化并產(chǎn)生可測(cè)信號(hào)的換能器C.微流控芯片的通道網(wǎng)絡(luò)D.高分辨率的成像系統(tǒng)7.設(shè)計(jì)用于基因治療的載體（如病毒載體或非病毒載體）時(shí)，必須考慮的關(guān)鍵分子生物學(xué)問(wèn)題是？A.目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列B.載體與靶細(xì)胞膜的相互作用及逃逸機(jī)制C.基因突變的修復(fù)機(jī)制D.RNA干擾通路的相關(guān)分子8.下列哪項(xiàng)技術(shù)最直接地應(yīng)用于利用分子生物學(xué)手段進(jìn)行醫(yī)療器械的無(wú)菌化驗(yàn)證？A.基因測(cè)序B.熒光定量PCRC.拉曼光譜分析D.X射線衍射分析9.在設(shè)計(jì)用于體內(nèi)監(jiān)測(cè)微小病灶（如早期腫瘤）的植入式生物傳感器時(shí)，需要克服的主要分子生物學(xué)挑戰(zhàn)之一是？A.如何高效將外源基因?qū)氩≡顓^(qū)域細(xì)胞B.如何在復(fù)雜的體內(nèi)微環(huán)境中保持生物識(shí)別分子的特異性和穩(wěn)定性C.如何實(shí)現(xiàn)單堿基序列的精確測(cè)序D.如何提高蛋白質(zhì)折疊的效率10.分子印跡技術(shù)（MolecularImprinting）在醫(yī)學(xué)微器件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用潛力在于？A.可以制備對(duì)特定分子具有高度選擇性識(shí)別位點(diǎn)的水凝膠B.可以直接讀取DNA序列信息C.可以實(shí)現(xiàn)高效的DNA復(fù)制D.可以用于大規(guī)模合成蛋白質(zhì)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.分子生物學(xué)中的________技術(shù)，可以用于篩選能夠特異性結(jié)合目標(biāo)藥物分子的小分子或適配體，進(jìn)而設(shè)計(jì)用于靶向藥物遞送的智能容器。2.設(shè)計(jì)用于細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器時(shí)，需要考慮維持培養(yǎng)基中________濃度穩(wěn)定，并監(jiān)測(cè)細(xì)胞代謝產(chǎn)生的________等代謝物。3.基于CRISPR-Cas9系統(tǒng)的基因編輯工具，在定制化醫(yī)療器械（如基因編輯工具包）設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，允許工程師在________水平上精確修飾生物材料或細(xì)胞的功能基因。4.利用分子生物學(xué)原理設(shè)計(jì)的生物相容性涂層，常通過(guò)固定化________或________等生物分子，模擬天然組織界面，減少免疫排斥和生物纖維化。5.微流控技術(shù)在分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)器械結(jié)合中的應(yīng)用日益廣泛，例如通過(guò)微反應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)________的并行化處理，極大提高了分子診斷的通量和速度。三、名詞解釋?zhuān)款}3分，共15分）1.分子識(shí)別2.生物相容性3.組織工程支架4.基因芯片5.生物傳感器四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用分子印跡技術(shù)制備特異性識(shí)別病原體表面抗原的醫(yī)療器械涂層的原理。2.簡(jiǎn)述在醫(yī)療器械設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮基因編輯技術(shù)可能帶來(lái)的倫理和安全問(wèn)題的幾個(gè)方面。3.簡(jiǎn)述核酸適配體相比傳統(tǒng)抗體在某些醫(yī)學(xué)微器件應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。4.簡(jiǎn)述微流控芯片技術(shù)如何提升基于分子生物學(xué)原理的醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備的性能。五、論述題（每題10分，共30分）1.論述分子生物學(xué)知識(shí)在提高植入式醫(yī)療器械（如人工心臟瓣膜、神經(jīng)刺激器）長(zhǎng)期生物穩(wěn)定性和功能兼容性方面的重要作用。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述如何將分子生物學(xué)原理應(yīng)用于設(shè)計(jì)能夠主動(dòng)響應(yīng)體內(nèi)環(huán)境變化（如pH、氧濃度、特定分子濃度）的智能型醫(yī)學(xué)微器件。3.展望未來(lái)，從分子生物學(xué)角度預(yù)測(cè)醫(yī)學(xué)器械設(shè)計(jì)工程可能出現(xiàn)的重大發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)臨床應(yīng)用的影響。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.A5.B6.B7.B8.B9.B10.A二、填空題1.分子印跡2.氧氣，二氧化碳3.基因4.抗體，多肽5.分子診斷三、名詞解釋1.分子識(shí)別：指生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸）與其特異性配體（如小分子、其他生物大分子）之間通過(guò)非共價(jià)鍵相互結(jié)合，形成穩(wěn)定復(fù)合物的能力。2.生物相容性：指醫(yī)療器械植入或接觸生物體時(shí)，所表現(xiàn)出的不會(huì)引起嚴(yán)重的組織損傷、免疫排斥反應(yīng)或長(zhǎng)期毒性等不良生物學(xué)效應(yīng)的特性。3.組織工程支架：指在組織工程中，用于支持細(xì)胞附著、生長(zhǎng)、增殖和遷移，并引導(dǎo)組織形成的三維結(jié)構(gòu)材料，通常具有特定的孔隙結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和降解特性。4.基因芯片：一種高密度生物芯片，將大量特定的核酸探針（DNA或RNA）固定在固相支持物（如玻璃片）表面，用于同時(shí)檢測(cè)生物樣本中大量基因的表達(dá)水平或進(jìn)行基因突變分析等。5.生物傳感器：一種能夠?qū)⑸锪浚ㄈ缑浮⒖贵w、核酸、細(xì)胞等）或生物相互作用事件轉(zhuǎn)換為可定量檢測(cè)信號(hào)（如電信號(hào)、光信號(hào)、壓電信號(hào)等）的檢測(cè)裝置，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的檢測(cè)分析。四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：分子印跡技術(shù)通過(guò)模擬生物識(shí)別過(guò)程，在載體（如聚合物）中預(yù)留出與目標(biāo)分子（印跡分子，如病原體抗原）形狀、大小和化學(xué)環(huán)境完全匹配的微孔結(jié)構(gòu)（識(shí)別位點(diǎn)）。當(dāng)含有目標(biāo)抗原的樣品流經(jīng)或接觸該涂層時(shí)，抗原會(huì)特異性地進(jìn)入并占據(jù)這些預(yù)存的微孔中。隨后，去除目標(biāo)抗原，微孔得以保留。當(dāng)再次接觸相同或類(lèi)似結(jié)構(gòu)的分子時(shí)，它們會(huì)特異性地結(jié)合到這些識(shí)別位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的識(shí)別和捕獲，可用于抑制粘附、檢測(cè)或富集等應(yīng)用。2.解析思路：基因編輯技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療器械設(shè)計(jì)需考慮倫理問(wèn)題，如對(duì)植入物中細(xì)胞進(jìn)行編輯可能帶來(lái)的基因擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)；安全問(wèn)題，如脫靶效應(yīng)（非目標(biāo)基因突變）可能導(dǎo)致的副作用；公平性問(wèn)題（基因編輯器械的可及性與成本）；以及長(zhǎng)期植入后基因編輯效果的不可預(yù)測(cè)性及其對(duì)個(gè)體健康和后代的影響等。3.解析思路：核酸適配體相比抗體，優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)體外篩選（SELEX）獲得對(duì)特定分子（包括小分子、蛋白質(zhì)甚至細(xì)胞）具有高度特異性的識(shí)別能力，且分子量小，易于通過(guò)基因工程方法進(jìn)行大量生產(chǎn)（甚至原位合成），穩(wěn)定性好（不易被蛋白酶降解），且可實(shí)現(xiàn)非免疫源性的應(yīng)用。4.解析思路：微流控技術(shù)通過(guò)精確控制微量流體的流動(dòng)，可在芯片上集成樣品處理、反應(yīng)混合、分離純化、檢測(cè)等多個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)超小體積樣品的高效處理。結(jié)合分子生物學(xué)，可實(shí)現(xiàn)樣本前處理的自動(dòng)化和微型化（如核酸提取純化）、反應(yīng)條件的精確控制（如溫度、pH）、多種試劑的精確添加和混合、以及多種檢測(cè)信號(hào)的并行收集，從而顯著提高分子診斷設(shè)備的靈敏度、速度、通量，并降低成本和樣本消耗量。五、論述題1.解析思路：分子生物學(xué)知識(shí)有助于設(shè)計(jì)具有生物活性的涂層。例如，通過(guò)固定化細(xì)胞粘附分子、生長(zhǎng)因子或其模擬物，可以促進(jìn)細(xì)胞（如內(nèi)皮細(xì)胞）在器械表面的特異性附著和增殖，形成功能性生物屏障，減少血栓形成和炎癥反應(yīng)。理解蛋白質(zhì)與生物材料的相互作用機(jī)制，有助于設(shè)計(jì)表面修飾策略，降低蛋白質(zhì)吸附和非特異性結(jié)合，維持長(zhǎng)期穩(wěn)定。此外，利用基因工程技術(shù)改造植入物表面的細(xì)胞或利用基因沉默技術(shù)抑制不良反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)，也是基于分子生物學(xué)提高生物穩(wěn)定性的策略。2.解析思路：智能型醫(yī)學(xué)微器件的設(shè)計(jì)可基于多種分子生物學(xué)原理。例如，利用響應(yīng)性聚合物材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)或物理性質(zhì)（如溶解度、導(dǎo)電性）能隨體內(nèi)特定環(huán)境刺激（如pH降低、氧化還原電位變化、特定酶或小分子存在）發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放或功能的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。利用基因遞送系統(tǒng)將報(bào)告基因或治療基因（如光敏基因、自殺基因）導(dǎo)入特定細(xì)胞，使器件能夠感知或響應(yīng)局部生物學(xué)信號(hào)（如細(xì)胞活性），并作出相應(yīng)反應(yīng)。利用生物傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病灶微環(huán)境中的關(guān)鍵分子（如缺氧誘導(dǎo)因子HIF、腫瘤相關(guān)代謝物），并將信號(hào)反饋調(diào)節(jié)器件行為或治療策略。3.解析思路：未來(lái)趨勢(shì)可能包括：①基于單細(xì)胞和單分子測(cè)序及組學(xué)技術(shù)的精準(zhǔn)化診療器械設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病早期標(biāo)志物的超靈敏檢測(cè)和個(gè)體化治療響應(yīng)的監(jiān)測(cè)；②集成合成生物學(xué)與