2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——仿生材料的合成與應(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)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪項(xiàng)不是仿生化學(xué)的核心思想？（）A.模仿生物體的高效催化反應(yīng)B.模仿生物礦化過(guò)程中無(wú)機(jī)材料的精確控制C.利用化學(xué)方法合成具有生物活性的藥物分子D.模仿生物大分子的自組裝行為構(gòu)建有序結(jié)構(gòu)2.在利用酶作為模板合成無(wú)機(jī)材料的過(guò)程中，酶的哪個(gè)特性起到了關(guān)鍵作用？（）A.高效性B.高選擇性C.穩(wěn)定性D.易于再生3.下列哪種方法屬于典型的生物礦化模擬法？（）A.利用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模板合成超分子聚合物B.在水溶液中通過(guò)自組裝形成沸石類多孔材料C.模仿珍珠層結(jié)構(gòu)，通過(guò)層層自組裝制備氧化膜D.利用固定化酶催化有機(jī)反應(yīng)制備目標(biāo)產(chǎn)物4.仿生太陽(yáng)電池模仿了植物的哪些過(guò)程？（）A.光合作用的電子傳遞鏈B.肌肉收縮的分子機(jī)制C.血液凝固的級(jí)聯(lián)反應(yīng)D.神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)5.DNA基材料在仿生傳感器中的應(yīng)用主要利用了DNA的什么特性？（）A.穩(wěn)定性B.分子識(shí)別能力C.生物相容性D.光學(xué)活性6.仿生藥物載體模仿細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)或功能，其主要目的是？（）A.提高藥物的合成效率B.降低藥物的生產(chǎn)成本C.提高藥物靶向性，降低副作用D.增強(qiáng)藥物的光學(xué)性質(zhì)7.下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于自復(fù)制或自組裝材料合成范疇？（）A.利用DNA鏈置換反應(yīng)構(gòu)建自復(fù)制DNA立方體B.基于金屬-有機(jī)框架（MOF）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓展C.模仿病毒衣殼蛋白的自組裝行為制備多面體結(jié)構(gòu)D.通過(guò)高溫高壓合成塊狀金屬晶體8.模仿鳥(niǎo)巢結(jié)構(gòu)制備的多孔材料，其主要優(yōu)勢(shì)在于？（）A.高比表面積B.高機(jī)械強(qiáng)度C.特定的離子選擇性D.良好的光學(xué)透過(guò)性9.仿生水凝膠材料在組織工程中的應(yīng)用，主要利用了其什么特性？（）A.高導(dǎo)電性B.快速響應(yīng)性C.可生物降解性和類似細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境D.高溫穩(wěn)定性10.評(píng)價(jià)一種仿生合成方法優(yōu)劣時(shí)，通常需要考慮的因素不包括？（）A.合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)控制能力B.所需生物模板的獲取難度和成本C.合成過(guò)程的原子經(jīng)濟(jì)性D.產(chǎn)物在目標(biāo)應(yīng)用環(huán)境中的穩(wěn)定性二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.仿生化學(xué)是學(xué)與學(xué)的交叉學(xué)科，旨在模仿的化學(xué)原理和物質(zhì)功能，通過(guò)化學(xué)方法創(chuàng)造新物質(zhì)。2.利用生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸）作為模板來(lái)合成無(wú)機(jī)或有機(jī)材料的策略，通常被稱為。3.模仿生物礦化過(guò)程中無(wú)機(jī)離子在特定界面處的成核和生長(zhǎng)行為，是的重要途徑。4.分子自組裝是指分子間通過(guò)作用，自發(fā)形成具有周期性或非周期性有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程。5.仿生傳感器利用生物分子（如抗體、酶、DNA探針）與目標(biāo)分析物之間的特異性相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物的檢測(cè)。6.仿生燃料電池嘗試模仿中的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，將化學(xué)能高效轉(zhuǎn)化為電能。7.在設(shè)計(jì)仿生藥物載體時(shí)，模仿細(xì)胞膜的雙層結(jié)構(gòu)可以賦予材料的能力。8.仿生合成的核心在于理解并利用中的化學(xué)原理和策略來(lái)解決化學(xué)合成中的問(wèn)題。9.利用固定化酶或細(xì)胞作為催化劑進(jìn)行仿生合成，可以模擬生物體內(nèi)的。10.仿生材料的設(shè)計(jì)往往需要考慮其結(jié)構(gòu)、性能與其之間的構(gòu)效關(guān)系。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述生物礦化模擬法合成無(wú)機(jī)材料的基本原理。2.簡(jiǎn)述自組裝在仿生材料合成中的重要作用。3.簡(jiǎn)述仿生藥物載體相比于傳統(tǒng)藥物劑型的優(yōu)勢(shì)。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述利用DNA作為模板合成無(wú)機(jī)材料的幾種常見(jiàn)策略及其原理。2.選擇一種你感興趣的仿生材料（可自選），闡述其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈感來(lái)源、關(guān)鍵合成方法、主要性能特點(diǎn)及其至少兩個(gè)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.B6.C7.D8.A9.C10.D二、填空題1.生物學(xué)；化學(xué)；生物系統(tǒng)2.生物模板法3.生物礦化模擬法4.非共價(jià)鍵5.特異性6.光合作用7.靶向遞送8.生物系統(tǒng)9.生物催化10.生物結(jié)構(gòu)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：生物礦化模擬法利用生物體（如骨骼、貝殼）中無(wú)機(jī)材料（如羥基磷灰石）在特定環(huán)境（如水溶液、細(xì)胞外基質(zhì)）和生物分子（如蛋白質(zhì)、糖蛋白）精確控制下有序形成的原理。人工模擬時(shí)，首先需要識(shí)別并理解生物分子在礦化過(guò)程中的作用機(jī)制（如模板作用、離子濃度調(diào)節(jié)、成核位點(diǎn)提供等），然后通過(guò)化學(xué)方法選擇合適的金屬離子和配體，設(shè)計(jì)模擬生物分子（或其功能）的環(huán)境，調(diào)控成核和生長(zhǎng)過(guò)程，最終合成出具有特定形貌、結(jié)構(gòu)和性能的無(wú)機(jī)材料。2.解析思路：自組裝是利用分子間弱的非共價(jià)鍵（如氫鍵、范德華力、π-π相互作用、疏水作用）的特異性，使得分子或納米顆粒等單元自發(fā)地、無(wú)序地或有序地聚集形成超分子結(jié)構(gòu)或聚集體。在仿生材料合成中，自組裝技術(shù)被廣泛用于構(gòu)建具有特定孔道結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)或宏觀形態(tài)的材料，如利用嵌段共聚物的微相分離自組裝形成多孔材料或納米纖維，利用DNA鏈置換反應(yīng)自組裝形成精確的二維或三維結(jié)構(gòu)，利用納米顆粒的協(xié)同作用自組裝形成超晶格等。這種方法可以簡(jiǎn)化合成步驟，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)調(diào)控。3.解析思路：仿生藥物載體模仿細(xì)胞膜（尤其是內(nèi)吞作用或外排泵機(jī)制）的特性，具有智能識(shí)別和主動(dòng)靶向的能力，可以將藥物輸送到病灶部位，提高療效。相比于傳統(tǒng)藥物劑型（如簡(jiǎn)單溶液、普通片劑），其優(yōu)勢(shì)在于：①提高靶向性，減少對(duì)正常組織的毒副作用；②延長(zhǎng)藥物在體內(nèi)的作用時(shí)間，減少給藥頻率；③保護(hù)藥物免于在體內(nèi)過(guò)早降解，提高生物利用度；④可能實(shí)現(xiàn)控釋或響應(yīng)式釋放，按需釋放藥物。四、論述題1.解析思路：利用DNA作為模板合成無(wú)機(jī)材料的策略主要基于DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)、高度特異性堿基配對(duì)、可編程性和可擴(kuò)展性。常見(jiàn)策略包括：①DNA支架法：利用DNA鏈的柔性作為骨架，引導(dǎo)金屬離子或小分子在DNA鏈上或之間沉積、聚集體形成有序的一維或二維結(jié)構(gòu)，如DNA納米線、DNA納米片。②DNA夾層法：將目標(biāo)無(wú)機(jī)納米顆粒（如金納米棒）嵌入到兩段互補(bǔ)DNA鏈之間，通過(guò)控制DNA鏈的雜交和結(jié)構(gòu)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米顆粒的精準(zhǔn)定位、分離或組裝成特定結(jié)構(gòu)。③DNA納米結(jié)構(gòu)模板法：利用設(shè)計(jì)的DNA四面體、立方體等復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)作為模板，在其孔道或表面上原位合成無(wú)機(jī)材料，獲得具有精確孔道結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的仿生多孔材料。④DNA程序化自組裝：設(shè)計(jì)一系列具有特定序列的DNA片段，通過(guò)鏈置換反應(yīng)等過(guò)程，自發(fā)性地組裝成預(yù)設(shè)的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，并在結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中或之后引入無(wú)機(jī)單元。這些策略的核心在于利用DNA的精確結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)和特異性識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)機(jī)材料合成過(guò)程的精確控制。2.解析思路：（以下選擇仿生水凝膠為例進(jìn)行闡述，考生可自選其他材料）*仿生水凝膠：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈感來(lái)源：模仿細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)可逆性以及接近體液的物理化學(xué)環(huán)境（如離子濃度、pH值、溶劑可及性）。*關(guān)鍵合成方法：常見(jiàn)的合成方法包括：①基于天然高分子（如透明質(zhì)酸、殼聚糖、明膠）的交聯(lián)；②基于合成高分子（如聚乙二醇、聚乳酸-羥基乙酸共聚物）的交聯(lián)；③模仿生物礦化，在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入無(wú)機(jī)納米顆粒（如羥基磷灰石）或形成仿生礦化結(jié)構(gòu)；④利用酶催化或DNA程序化自組裝構(gòu)建智能水凝膠。具體方法需根據(jù)目標(biāo)結(jié)構(gòu)選擇。*主要性能特點(diǎn)：仿生水凝膠通常具有高含水率、類似生物組織的彈性、可生物降解性、良好的生物相容性，并且很多設(shè)計(jì)具有智能響應(yīng)性（如pH響應(yīng)、溫度響應(yīng)、離子響應(yīng)），能夠根據(jù)環(huán)境變化改變其溶脹/收