2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——高通量篩選技術(shù)在生物化學(xué)中的應(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.下列哪一項不是高通量篩選（HTS）技術(shù)的核心特征？A.自動化操作B.并行處理大量樣本C.實時在線分析D.數(shù)據(jù)密集型2.在生物化學(xué)研究中，HTS技術(shù)最常用于以下哪個方面？A.分子克隆B.基因測序C.蛋白質(zhì)表達(dá)純化D.新藥篩選與分子識別3.96孔微孔板是HTS實驗中常用的工具，其主要優(yōu)勢在于？A.可進(jìn)行核磁共振波譜分析B.可同時處理大量樣品或反應(yīng)體系，提高效率C.可實現(xiàn)高通量質(zhì)譜檢測D.直接用于核磁共振波譜分析4.以下哪種檢測技術(shù)不適合在微孔板高通量格式中進(jìn)行？A.熒光酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）B.吸光度檢測法測定酶活性C.流式細(xì)胞術(shù)計數(shù)D.紫外分光光度法測定蛋白濃度5.在HTS實驗設(shè)計中，確保所有微孔板孔內(nèi)反應(yīng)體積一致是至關(guān)重要的，這主要是為了？A.便于后續(xù)樣品的自動化收集B.保證實驗結(jié)果的統(tǒng)計可靠性和可比性C.提高檢測儀器讀數(shù)的靈敏度D.節(jié)省樣品和試劑成本6.HTS實驗中，自動化液體處理系統(tǒng)的主要作用是？A.進(jìn)行高通量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析B.替代人工進(jìn)行樣品稀釋、試劑添加等重復(fù)性操作C.直接讀取微孔板中的信號變化D.設(shè)計實驗方案7.以下哪項技術(shù)通常作為高通量成像（HTSImaging）的檢測手段？A.表面等離子共振（SPR）B.高效液相色譜（HPLC）C.熒光顯微鏡成像D.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）8.在HTS實驗中，選擇合適的信號檢測方法對于結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要?；瘜W(xué)發(fā)光檢測相對于熒光檢測的一個主要優(yōu)勢可能是？A.更高的背景信號B.更低的檢測限（更靈敏）C.對激發(fā)光源的要求更高D.更易受樣品顏色干擾9.HTS技術(shù)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時，一個重要的步驟是？A.僅計算平均信號強度B.設(shè)定合理的信號閾值以區(qū)分陽性結(jié)果和陰性結(jié)果C.完全忽略數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)意義D.忽略實驗中的任何異常值10.以下關(guān)于高通量篩選技術(shù)的描述，錯誤的是？A.HTS可以加速新藥研發(fā)進(jìn)程B.HTS實驗通常需要消耗大量珍貴的樣品和試劑C.HTS技術(shù)的核心在于自動化和并行處理D.HTS技術(shù)可以有效減少人為操作誤差二、填空題（每空2分，共20分）1.高通量篩選技術(shù)通常依賴于______和______技術(shù)的緊密結(jié)合來實現(xiàn)高效自動化。2.在96孔微孔板中，樣品或反應(yīng)液的體積通?？刂圃赺_____微升左右。3.HTS實驗中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析時，需要考慮______和______等因素。4.HTS技術(shù)在藥物發(fā)現(xiàn)中，常用于篩選具有特定______或______活性的化合物。5.為了減少假陽性結(jié)果，HTS實驗設(shè)計常需要包含______孔和______孔作為對照。6.高通量成像技術(shù)不僅可以檢測熒光信號，還可以用于______等形態(tài)學(xué)特征的觀察。7.HTS技術(shù)的局限性之一是數(shù)據(jù)處理和分析的復(fù)雜性，需要結(jié)合______和______等多種工具。8.HTS實驗的成功實施，對樣品的______和______有較高要求。9.自動化移液機器人在HTS實驗中，可以精確、快速地完成______、______和______等操作。10.HTS的發(fā)展趨勢之一是向更小的檢測單元（如______孔板）和高集成度平臺發(fā)展。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述高通量篩選技術(shù)（HTS）的基本流程。2.比較熒光檢測和化學(xué)發(fā)光檢測在HTS應(yīng)用中的主要區(qū)別。3.簡述HTS技術(shù)在生物化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行藥物篩選時可能遇到的一個主要挑戰(zhàn)及其應(yīng)對策略。四、論述題（10分）結(jié)合具體的生物化學(xué)應(yīng)用實例，論述高通量篩選技術(shù)在加速研究進(jìn)程方面的優(yōu)勢，并分析其應(yīng)用中需要克服的主要局限性。試卷答案一、選擇題1.C*解析：HTS的核心特征是自動化、高通量并行處理和數(shù)據(jù)處理密集，實時在線分析并非其必然特征，雖然部分系統(tǒng)可以實現(xiàn)，但非核心。2.D*解析：HTS通過自動化平行處理大量樣本或反應(yīng)，特別適用于需要高通量篩選的藥物發(fā)現(xiàn)（尋找活性分子）和分子識別（研究相互作用）等生物化學(xué)領(lǐng)域。3.B*解析：96孔微孔板最大的優(yōu)勢在于能在極小體積下同時處理大量樣本或反應(yīng)，極大地提高了實驗效率和通量。4.C*解析：流式細(xì)胞術(shù)需要單細(xì)胞懸浮液并通過特定流動系統(tǒng)進(jìn)行逐個分析，不適合在固相的微孔板格式中進(jìn)行高通量檢測。其他選項均可實現(xiàn)微孔板格式檢測。5.B*解析：保持孔內(nèi)體積一致是確保所有反應(yīng)條件均一、不同孔間結(jié)果具有可比性和統(tǒng)計分析可靠性的基礎(chǔ)。6.B*解析：自動化液體處理系統(tǒng)的主要功能是替代人工完成樣品、試劑的精確分配和添加等繁瑣且易引入誤差的重復(fù)性操作。7.C*解析：高通量成像利用顯微鏡等設(shè)備對微孔板中的樣本進(jìn)行視覺化檢測，獲取空間信息，如細(xì)胞形態(tài)、熒光定位等，是HTS成像的主要手段。8.B*解析：化學(xué)發(fā)光檢測通常具有更高的靈敏度（檢測限更低），能夠檢測極微量的信號，這是其相對于許多熒光檢測方法的一個主要優(yōu)勢。9.B*解析：在海量數(shù)據(jù)中，設(shè)定合理的信號閾值是區(qū)分真實陽性信號和背景噪聲/假陽性結(jié)果的關(guān)鍵步驟，直接影響篩選結(jié)果的準(zhǔn)確性。10.D*解析：雖然HTS會消耗大量樣品和試劑，但其優(yōu)勢在于并行處理，可以相對高效地完成篩選，并不一定會“完全忽略”誤差，自動化在一定程度上能減少人為誤差。二、填空題1.自動化；數(shù)據(jù)分析*解析：HTS的實現(xiàn)離不開自動化的實驗操作平臺和強大的數(shù)據(jù)分析軟件支持。2.100-200*解析：標(biāo)準(zhǔn)微孔板中每個孔的體積通常在100-200微升范圍內(nèi)，以保證反應(yīng)和檢測的可行性。3.重復(fù)性；統(tǒng)計學(xué)*解析：分析HTS數(shù)據(jù)時，需要考慮多次測量的重復(fù)性保證結(jié)果穩(wěn)定，以及運用統(tǒng)計學(xué)方法處理大量數(shù)據(jù)、評估結(jié)果顯著性。4.酶活性；綁定親和力*解析：在藥物篩選中，HTS常用于尋找能抑制酶活性的抑制劑，或能與特定靶點（如蛋白質(zhì)）高親和力結(jié)合的小分子化合物。5.陰性；陽性對照*解析：設(shè)置陰性對照（不含靶點或活性分子）用于排除本底信號，陽性對照（已知活性化合物）用于驗證檢測系統(tǒng)的可靠性和靈敏度。6.細(xì)胞形態(tài)；細(xì)胞數(shù)量*解析：除了檢測分子水平信號，HTS成像還能觀察細(xì)胞層面的變化，如細(xì)胞大小、形狀、數(shù)量等形態(tài)學(xué)特征。7.統(tǒng)計軟件；生物信息學(xué)*解析：處理和分析海量HTS數(shù)據(jù)通常需要專業(yè)的統(tǒng)計軟件（如GraphPadPrism,R等）和生物信息學(xué)工具。8.均一性；穩(wěn)定性*解析：HTS對樣品的要求很高，需要保證樣品在大量稀釋和使用過程中保持均一性和穩(wěn)定性，否則會影響結(jié)果。9.樣品稀釋；試劑添加；清洗*解析：自動化移液機器人是HTS實驗的核心部件之一，負(fù)責(zé)執(zhí)行實驗流程中的關(guān)鍵液體操作步驟。10.384；1536*解析：隨著技術(shù)發(fā)展，微孔板密度不斷提升，從常見的96孔，發(fā)展到384孔、1536孔甚至更高密度，以實現(xiàn)更高的通量。三、簡答題1.簡述高通量篩選技術(shù)（HTS）的基本流程。*解析：HTS的基本流程通常包括：①實驗設(shè)計與優(yōu)化（確定篩選靶點、反應(yīng)體系、檢測方法、陽性/陰性對照等）；②樣品/化合物庫準(zhǔn)備與稀釋（將大量樣品或化合物制成高通量格式）；③自動化加樣（將樣品/化合物、試劑等自動分配到微孔板）；④自動化孵育與反應(yīng)（使樣品/化合物與靶點相互作用）；⑤信號檢測與讀板（使用自動化儀器讀取各孔的信號變化，如熒光、吸光度等）；⑥數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析（對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、設(shè)定閾值、剔除噪聲、統(tǒng)計分析，篩選出陽性hit）；⑦h(yuǎn)it驗證與后續(xù)研究（對篩選出的陽性結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的驗證和深入研究）。2.比較熒光檢測和化學(xué)發(fā)光檢測在HTS應(yīng)用中的主要區(qū)別。*解析：熒光檢測和化學(xué)發(fā)光檢測都是HTS中常用的信號讀數(shù)方法，主要區(qū)別在于：①原理：熒光檢測基于分子吸收激發(fā)光后發(fā)射出波長更長的熒光，化學(xué)發(fā)光檢測則是在酶催化下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，自身發(fā)光。②靈敏度：化學(xué)發(fā)光通常比熒光具有更高的靈敏度（檢測限更低），能檢測更微量的目標(biāo)物。③背景信號：熒光檢測易受樣品自發(fā)熒光、環(huán)境光和熒光淬滅等因素影響產(chǎn)生背景，化學(xué)發(fā)光背景通常較低。④穩(wěn)定性與壽命：熒光信號相對穩(wěn)定，但可能隨時間衰減；化學(xué)發(fā)光信號瞬間產(chǎn)生，但持續(xù)時間短。⑤儀器要求：熒光檢測需要激發(fā)光源和熒光檢測器，化學(xué)發(fā)光檢測需要酶標(biāo)儀或?qū)ｉT的化學(xué)發(fā)光讀板儀。⑥應(yīng)用場景：因靈敏度優(yōu)勢，化學(xué)發(fā)光常用于檢測酶活性、抗原抗體反應(yīng)等低豐度分子檢測；熒光應(yīng)用范圍更廣，包括FRET、Biotin-Avidin等。3.簡述HTS技術(shù)在生物化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行藥物篩選時可能遇到的一個主要挑戰(zhàn)及其應(yīng)對策略。*解析：一個主要挑戰(zhàn)是高通量篩選產(chǎn)生的“假陽性”和“假陰性”問題。假陽性可能源于背景信號過高、檢測方法特異性不足、樣品干擾等；假陰性可能由于信號強度低于閾值、樣品制備不當(dāng)、靶點表達(dá)量低或抑制不完全等。應(yīng)對策略包括：①優(yōu)化實驗設(shè)計，包括選擇高特異性檢測方法、設(shè)置合理的陽性/陰性對照、優(yōu)化反應(yīng)條件。②嚴(yán)格樣品和試劑質(zhì)量控制，確保均一性和穩(wěn)定性。③提高檢測靈敏度，例如選用更靈敏的檢測技術(shù)（如化學(xué)發(fā)光）。④建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)分析判據(jù)，包括信號閾值設(shè)定、信號倍數(shù)變化要求等，并結(jié)合多指標(biāo)驗證。⑤對初步篩選出的hit進(jìn)行嚴(yán)格的體外和體內(nèi)驗證實驗。四、論述題結(jié)合具體的生物化學(xué)應(yīng)用實例，論述高通量篩選技術(shù)在加速研究進(jìn)程方面的優(yōu)勢，并分析其應(yīng)用中需要克服的主要局限性。*解析：高通量篩選（HTS）技術(shù)通過自動化、并行化處理大量樣本或化合物，極大地加速了生物化學(xué)研究進(jìn)程。其優(yōu)勢體現(xiàn)在多個方面：首先，極高的通量。例如，在藥物研發(fā)中，HTS可以在幾天內(nèi)篩選數(shù)萬甚至數(shù)十萬化合物，尋找具有特定靶點（如激酶）抑制活性的候選藥物，這是傳統(tǒng)單管實驗難以想象的。在酶工程中，HTS可以快速篩選大量酶突變體庫，尋找具有更高活性或特定催化性能的變體，顯著縮短了酶的定向進(jìn)化時間。其次，效率提升。自動化操作減少了大量人力投入和重復(fù)性勞動，使科研人員能聚焦于更復(fù)雜的實驗設(shè)計和結(jié)果分析。再次，加速決策?？焖佾@得大量初步數(shù)據(jù)，有助于研究人員迅速評估研究方向的可行性，及時調(diào)整策略。例如，通過HTS快速篩選發(fā)現(xiàn)一批激酶抑制劑hit后，可以迅速啟動后續(xù)的藥效、毒理研究。然而，HTS技術(shù)也面臨主要局限性：一是成本高昂。構(gòu)建化合物庫、購買昂貴的自動化儀器和檢測系統(tǒng)、消耗大量試劑樣品，都需要巨大的投入。二是數(shù)據(jù)“噪音”與解讀困難。高通量實驗產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，其中可能包含大量假陽性或假陰性結(jié)果，需要復(fù)雜