2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——應(yīng)用化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)成像研究中的應(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。請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在正電子發(fā)射斷層掃描（PET）成像中，最常用的放射性示蹤劑氟-18脫氧葡萄糖（FDG）的化學(xué)本質(zhì)是？A.脂肪酸B.核酸C.六碳糖D.蛋白質(zhì)2.MRI造影劑增強(qiáng)軟組織對比的主要機(jī)制是？A.改變組織的聲阻抗B.吸收或增強(qiáng)射頻脈沖C.穩(wěn)定細(xì)胞膜電位D.離子交換導(dǎo)致周圍水馳豫率改變3.下列哪種材料常被用作光聲成像的超聲對比劑？A.含有順磁性離子的水溶液B.金屬氧化物納米顆粒C.產(chǎn)生超聲波的微氣泡D.能吸收特定波長光并產(chǎn)生熱量或超聲的納米顆粒4.量子點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)成像中具有優(yōu)勢，其主要原因之一是？A.可體內(nèi)降解無毒性B.發(fā)光波長可精確調(diào)控且不易淬滅C.可與所有生物分子特異性結(jié)合D.成本極低且易于大規(guī)模生產(chǎn)5.用于磁共振成像（MRI）的Gd（III）基造影劑，其配體設(shè)計(jì)的主要考慮因素通常不包括？A.與Gd（III）離子的穩(wěn)定配位環(huán)境B.體內(nèi)代謝清除途徑的調(diào)控C.在射頻場下的穩(wěn)定性D.與目標(biāo)病灶的特異性生物親和力6.將放射性核素標(biāo)記到生物分子（如抗體、肽段）上用于靶向成像或治療的過程稱為？A.光聲成像B.放射性標(biāo)記C.MRI造影D.熒光共振能量轉(zhuǎn)移7.下列哪項(xiàng)技術(shù)主要利用超聲波在人體組織中的反射和散射特性來成像？A.PETB.SPECTC.MRID.超聲成像8.在設(shè)計(jì)用于活體成像的熒光探針時(shí)，除了熒光量子產(chǎn)率高，通常還優(yōu)先考慮？A.強(qiáng)烈的氧化還原電位B.易于通過血腦屏障C.在可見光區(qū)的長波長發(fā)射D.極高的化學(xué)穩(wěn)定性9.導(dǎo)致MRIT1弛豫時(shí)間縮短，使組織信號增強(qiáng)的造影劑稱為？A.T1加權(quán)造影劑B.T2加權(quán)造影劑C.T2*加權(quán)造影劑D.弛豫增強(qiáng)劑10.診療一體化探針的設(shè)計(jì)目標(biāo)是？A.同時(shí)進(jìn)行兩種不同的生物醫(yī)學(xué)成像B.在成像的同時(shí)實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送和治療效果C.提高成像設(shè)備的空間分辨率D.增強(qiáng)顯像劑的熒光信號強(qiáng)度二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.MRI的基本原理是利用人體內(nèi)______的自旋行為，在外加磁場和射頻脈沖作用下產(chǎn)生信號。2.核醫(yī)學(xué)成像中常用的放射性同位素P32和S35屬于______核素，其衰變方式分別為β-衰變和β-衰變。3.光學(xué)成像中，探針的熒光壽命短于激發(fā)壽命時(shí)，發(fā)射光譜相對于激發(fā)光譜的偏移現(xiàn)象稱為______。4.金屬離子Gd（III）由于其具有未充滿的______層電子結(jié)構(gòu)，能夠與配體形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，并顯著影響水分子弛豫。5.量子點(diǎn)作為納米探針，其尺寸與禁帶寬度有關(guān)，尺寸減小，吸收和發(fā)射光譜發(fā)生______（填“藍(lán)移”或“紅移”）。6.超聲造影劑通常需要具備良好的穩(wěn)定性、合適的粒徑和一定的______，以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)回聲的目的。7.在PET成像中，正電子源通常是放射性同位素如F18或C11，它們通過______衰變產(chǎn)生正電子。8.設(shè)計(jì)特異性顯像探針時(shí)，利用生物分子（如抗體、適配體）與其靶點(diǎn)分子的______來實(shí)現(xiàn)在特定組織或細(xì)胞內(nèi)的成像。9.磁共振成像中，T2*弛豫時(shí)間比T2弛豫時(shí)間更短，主要受到______等因素的影響。10.從事生物醫(yī)學(xué)成像研究中的化學(xué)工作者需要關(guān)注成像劑的合成、______、生物相容性和體內(nèi)過程等關(guān)鍵問題。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述MRI造影劑Gd-DTPA（螯合劑為DTPA）在體內(nèi)的作用機(jī)制及其主要應(yīng)用領(lǐng)域。2.與傳統(tǒng)的熒光探針相比，量子點(diǎn)作為生物醫(yī)學(xué)成像探針有哪些主要優(yōu)勢？3.簡要說明超聲造影劑在臨床診斷中可以實(shí)現(xiàn)哪些不同于超聲本身的成像功能。4.放射性同位素在生物醫(yī)學(xué)成像中主要面臨哪些挑戰(zhàn)？化學(xué)家如何參與解決這些挑戰(zhàn)？四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述化學(xué)合成策略在開發(fā)新型熒光成像探針中的關(guān)鍵作用，并舉例說明如何通過改變分子結(jié)構(gòu)來調(diào)控探針的性能（如靶向性、光穩(wěn)定性、代謝清除等）。2.結(jié)合化學(xué)原理，分析磁共振成像（MRI）造影劑從早期離子型到如今多聚物型的發(fā)展歷程，并探討不同類型造影劑在成像機(jī)制、優(yōu)勢與局限性方面的主要區(qū)別。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.D4.B5.D6.B7.D8.C9.A10.B二、填空題1.水分子2.放射性3.熒光偏移4.d5.藍(lán)移6.回聲強(qiáng)度7.β+8.特異性結(jié)合9.自旋失配效應(yīng)、磁場不均勻性10.表征與表征三、簡答題1.答案：Gd-DTPA中的Gd(III)離子是順磁性離子，其不成對的d電子在外加磁場下產(chǎn)生局部磁場，顯著縮短了周圍水分子的橫向弛豫時(shí)間（T2），導(dǎo)致T2加權(quán)圖像信號減弱或消失，而T1弛豫基本不受影響。利用這一特性，Gd-DTPA主要用于增強(qiáng)富含水分的病變組織（如腫瘤、梗死區(qū)、炎癥灶）與正常組織的對比度。應(yīng)用領(lǐng)域包括神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤、心血管疾病、關(guān)節(jié)病變等的診斷。解析思路：抓住Gd(III)的順磁性核心作用，解釋其對水分子的T2弛豫時(shí)間的影響機(jī)制（T2加權(quán)效應(yīng)），并說明這種效應(yīng)如何用于增強(qiáng)病變組織對比，從而點(diǎn)明其應(yīng)用領(lǐng)域。2.答案：量子點(diǎn)相比傳統(tǒng)熒光探針的優(yōu)勢在于：①發(fā)光波長可調(diào)范圍寬，且可通過尺寸精確調(diào)控；②熒光量子產(chǎn)率高，信號強(qiáng)度大；③熒光壽命長，適用于時(shí)間分辨成像和背景抑制；④光穩(wěn)定性好，不易受光照或環(huán)境因素淬滅；⑤可進(jìn)行表面功能化，實(shí)現(xiàn)多種靶向功能。解析思路：圍繞量子點(diǎn)的核心物理化學(xué)特性（尺寸依賴性、高量子產(chǎn)率、長壽命、良好穩(wěn)定性）展開，并與傳統(tǒng)熒光分子（如有機(jī)染料）的局限性進(jìn)行對比，突出量子點(diǎn)的優(yōu)越性。3.答案：超聲造影劑可以實(shí)現(xiàn)的功能包括：①增強(qiáng)組織或病灶的回聲信號，提高超聲圖像的對比度，使原本難以分辨的病變顯影；②實(shí)現(xiàn)微血管顯像，觀察組織血供情況；③通過微氣泡的振蕩或破裂（空化效應(yīng)）產(chǎn)生超聲能量，用于超聲治療（如消融腫瘤）；④作為載體用于藥物或基因的靶向遞送。解析思路：從超聲成像的物理基礎(chǔ)（回聲增強(qiáng)）出發(fā)，闡述超聲造影劑的基本作用。進(jìn)一步拓展，說明其在微血管成像、超聲治療以及藥物遞送等新興領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。4.答案：放射性同位素在生物醫(yī)學(xué)成像中面臨的挑戰(zhàn)包括：①同位素的放射性安全問題；②許多核素半衰期短，需要高效的制備和純化技術(shù)；③核素的化學(xué)性質(zhì)可能影響其與生物分子的結(jié)合及體內(nèi)行為；④體內(nèi)代謝途徑復(fù)雜，可能產(chǎn)生有毒代謝物；⑤核素標(biāo)記方法的效率和特異性有待提高?；瘜W(xué)家可通過開發(fā)新型高效、高特異性的核素標(biāo)記試劑（如螯合劑）、設(shè)計(jì)安全的核素前體、研究核素在體內(nèi)的代謝與清除機(jī)制、改進(jìn)標(biāo)記方法（如PurifiedProteinIsotopeDerivatives,PPID）等方式參與解決這些挑戰(zhàn)。解析思路：首先列舉成像應(yīng)用中涉及的主要挑戰(zhàn)（安全、半衰期、化學(xué)相容性、代謝、標(biāo)記效率等）。然后，重點(diǎn)說明化學(xué)家可以發(fā)揮的作用，例如通過化學(xué)合成提供更優(yōu)的標(biāo)記配體、設(shè)計(jì)更安全的核藥物前體、改進(jìn)標(biāo)記反應(yīng)條件等。四、論述題1.答案：化學(xué)合成策略在開發(fā)新型熒光探針中起著決定性作用。通過改變分子結(jié)構(gòu)可以精確調(diào)控探針的性能。例如：①引入特定的官能團(tuán)或側(cè)鏈，可以調(diào)節(jié)探針的親水性、脂溶性，從而控制其細(xì)胞攝取和體內(nèi)分布；②設(shè)計(jì)特定的發(fā)色團(tuán)或利用多光子效應(yīng)結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)探針的吸收和發(fā)射波長，實(shí)現(xiàn)不同組織的成像或避免autofluorescence干擾；③引入靶向基團(tuán)（如抗體、適配體、多肽），可以賦予探針對特定疾病標(biāo)記物或細(xì)胞類型的靶向能力；④通過引入穩(wěn)定基團(tuán)或保護(hù)基，可以提高探針的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；⑤化學(xué)合成還可以實(shí)現(xiàn)探針的多功能化，如同時(shí)具備成像和治療功能。例如，通過點(diǎn)擊化學(xué)等方法，可以快速構(gòu)建具有特定性能的熒光探針分子庫。解析思路：首先強(qiáng)調(diào)化學(xué)合成在探針開發(fā)中的核心地位。然后分點(diǎn)論述如何通過結(jié)構(gòu)修飾（親疏水性、光物理性質(zhì)、靶向性、穩(wěn)定性、多功能性）來調(diào)控探針的各項(xiàng)性能，并輔以實(shí)例（如點(diǎn)擊化學(xué)）說明化學(xué)合成方法的多樣性。2.答案：MRI造影劑經(jīng)歷了從離子型到多聚物型的發(fā)展。早期離子型造影劑（如Gd-DTPA）主要含Gd(III)離子，通過與水分子快速交換產(chǎn)生T1增強(qiáng)效應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是效果顯著、安全性較好。缺點(diǎn)是Gd(III)離子具有細(xì)胞毒性，可能被細(xì)胞內(nèi)吞，且缺乏靶向性。隨著化學(xué)的發(fā)展，多聚物型造影劑應(yīng)運(yùn)而生。它們將Gd(III)離子束縛在長鏈聚合物骨架中，阻止了Gd(III)離子的釋放和細(xì)胞內(nèi)吞，大大提高了生物安全性。多聚物型造影劑通常表現(xiàn)出更長的血液循環(huán)時(shí)間，可用于血管成像或組織灌注成像。部分多聚物造影劑可以通過末端修飾引入靶向分子，實(shí)現(xiàn)靶向成像。此外，還有脂質(zhì)體、納米顆粒等載釓造影劑，它們結(jié)合了不同材料的優(yōu)勢，具有獨(dú)特的成像性能和潛在的治療功能。不同類型造影劑的成像機(jī)制主要區(qū)別在于Gd(III)離子的存在狀態(tài)（自由離子vs.綁