2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——納米生物材料在應(yīng)用化學(xué)中的應(yīng)用研究考試時(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)字母填入括號內(nèi)）1.下列哪個(gè)現(xiàn)象不是納米材料所特有的？（C）A.量子尺寸效應(yīng)B.表面效應(yīng)C.金屬的延展性D.小尺寸效應(yīng)2.在納米生物催化中，將酶固定在載體上的主要目的之一是？（B）A.降低酶的特定活性B.提高酶的穩(wěn)定性和重復(fù)使用率C.增加酶的生產(chǎn)成本D.改變酶的催化底物3.下列哪種材料通常不被認(rèn)為是納米生物材料？（A）A.普通硅酸鹽陶瓷粉末B.金納米顆粒-抗體生物探針C.聚乳酸納米纖維膜D.酶固定在碳納米管上的復(fù)合物4.用于檢測特定疾病標(biāo)志物的生物傳感器，其敏感度和選擇性通?？梢酝ㄟ^哪種方式提高？（D）A.使用更大尺寸的納米顆粒B.降低納米顆粒的表面修飾密度C.選擇生物相容性差的納米材料D.使用高表面面積、表面功能化的納米材料（如納米金、納米量子點(diǎn)）作為標(biāo)記物5.在納米藥物遞送系統(tǒng)中，利用納米載體實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向的主要機(jī)制之一是？（B）A.納米載體本身的毒性導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡B.基于增強(qiáng)的滲透和滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)）C.納米載體能夠自動(dòng)識別并綁定所有類型的細(xì)胞D.納米載體通過光熱效應(yīng)殺死癌細(xì)胞6.下列哪種表征技術(shù)最適合用于測量納米粒子的粒徑分布和表面電荷？（B）A.X射線衍射（XRD）B.動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和Zeta電位儀C.掃描電子顯微鏡（SEM）D.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）7.將納米TiO?應(yīng)用于水處理，其主要作用機(jī)制是？（C）A.物理吸附色素分子B.通過酶促反應(yīng)降解有機(jī)污染物C.利用光催化產(chǎn)生自由基，氧化分解污染物D.通過離子交換去除水體中的金屬離子8.自組裝納米生物材料通常具有什么特點(diǎn)？（A）A.利用生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA）的固有親和性，在特定條件下自動(dòng)形成有序結(jié)構(gòu)B.需要復(fù)雜的化學(xué)合成步驟才能獲得特定形態(tài)C.通常具有良好的生物相容性，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差D.其尺寸和形狀完全隨機(jī)，無序分布9.評價(jià)一種納米生物材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的安全性的關(guān)鍵指標(biāo)通常包括？（D）A.納米材料的比表面積大小B.納米材料的顏色深淺C.納米材料的成本高低D.納米材料的細(xì)胞毒性、血液相容性、體內(nèi)降解行為和潛在蓄積風(fēng)險(xiǎn)10.納米生物材料在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？（C）A.納米材料成本過高B.環(huán)境中難以降解C.如何有效回收和處置使用后的納米材料，避免二次污染D.納米材料的催化效率不夠高二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線處）1.納米材料的獨(dú)特性質(zhì)很大程度上源于其_______和_______。2.將生物分子（如酶）與無機(jī)納米材料結(jié)合形成的復(fù)合物是典型的_______納米生物材料。3.利用納米顆粒作為信號放大單元，提高生物傳感器檢測限的技術(shù)稱為_______。4.在納米藥物遞送中，_______是指藥物在腫瘤組織中的富集現(xiàn)象，通常與腫瘤血管的滲透性增強(qiáng)有關(guān)。5.常用的納米材料制備方法包括_______法、_______法和自組裝技術(shù)。6.表征納米材料形貌和結(jié)構(gòu)的常用儀器有_______和_______。7.評價(jià)納米生物材料生物相容性常用的體外測試方法包括_______和_______。8.納米TiO?在光照條件下能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的_______和_______。9.生物分子自組裝驅(qū)動(dòng)的納米材料制備利用了生物分子間的_______和_______。10.納米生物材料在應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展促進(jìn)了_______和_______等交叉學(xué)科的進(jìn)步。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.量子尺寸效應(yīng)2.生物傳感器3.增強(qiáng)滲透和滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)）4.光催化5.自組裝納米生物材料四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述納米材料表面效應(yīng)對其在催化應(yīng)用中的影響。2.與傳統(tǒng)藥物遞送系統(tǒng)相比，納米載體在藥物靶向遞送方面有哪些優(yōu)勢？3.簡述制備生物相容性良好的納米生物材料時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。4.納米生物材料在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有哪些潛在的應(yīng)用方向？五、論述題（每小題10分，共20分。請圍繞下列主題進(jìn)行論述）1.論述金納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多種應(yīng)用及其作用機(jī)理。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述納米生物材料在解決應(yīng)用化學(xué)中的環(huán)境問題（如污染物檢測或去除）方面的研究進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案，用于初步評估某種新型納米材料（如碳納米管）對特定酶（如辣根過氧化物酶）的固定效果。請說明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、所需主要材料與試劑、簡述實(shí)驗(yàn)步驟、以及如何判斷固定效果。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.D5.B6.B7.C8.A9.D10.C二、填空題1.尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)2.納米粒子-生物分子復(fù)合物3.信號放大4.增強(qiáng)滲透和滯留效應(yīng)(EPR效應(yīng))5.溶膠-凝膠，水熱6.透射電子顯微鏡(TEM)，掃描電子顯微鏡(SEM)7.細(xì)胞毒性測試，體外降解測試8.自由基，空穴9.疏水作用，氫鍵10.生物醫(yī)學(xué)，環(huán)境科學(xué)三、名詞解釋1.量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米粒子的尺寸減小到納米量級時(shí)，其量子化能級變得顯著，導(dǎo)致材料的物理化學(xué)性質(zhì)（如光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)）發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.生物傳感器：將生物分子（酶、抗體、核酸等）與物理或化學(xué)換能器結(jié)合，能夠?qū)⒋郎y生物量轉(zhuǎn)換為可定量檢測信號的分析工具。3.增強(qiáng)滲透和滯留效應(yīng)(EPR效應(yīng))：指納米顆粒（尤其是粒徑在100nm以下）能夠優(yōu)先浸潤和滯留在腫瘤組織血管外間隙的現(xiàn)象，與腫瘤血管的高滲透性和低淋巴引流有關(guān)。4.光催化：利用半導(dǎo)體納米材料在光照（通常是紫外光或可見光）激發(fā)下產(chǎn)生的強(qiáng)氧化還原性物質(zhì)（如自由基、空穴）來降解有機(jī)污染物或參與其他化學(xué)反應(yīng)的過程。5.自組裝納米生物材料：指利用生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA、脂質(zhì)分子等）自身具有的識別能力和結(jié)合特性，在適宜的條件下無需外力干預(yù)即可自動(dòng)形成有序的納米級結(jié)構(gòu)或超分子組裝體的材料。四、簡答題1.簡述納米材料表面效應(yīng)對其在催化應(yīng)用中的影響。解析思路：納米材料具有極高的比表面積，表面原子占比遠(yuǎn)高于體相原子。表面原子處于受力不均衡狀態(tài)，活性高。在催化中，反應(yīng)物需要吸附在催化劑表面。高比表面積提供了更多的吸附位點(diǎn)，增加了反應(yīng)物與催化劑的接觸幾率，從而顯著提高催化反應(yīng)的速率和效率。同時(shí)，表面效應(yīng)也可能導(dǎo)致催化劑的選擇性發(fā)生變化。答案要點(diǎn)：高比表面積提供更多吸附位點(diǎn)；增加反應(yīng)物接觸幾率；提高催化活性；可能影響催化選擇性。2.與傳統(tǒng)藥物遞送系統(tǒng)相比，納米載體在藥物靶向遞送方面有哪些優(yōu)勢？解析思路：傳統(tǒng)藥物遞送（如口服、注射）往往缺乏靶向性，藥物在全身分布，可能導(dǎo)致副作用大、療效低。納米載體（如納米粒、脂質(zhì)體）可以通過多種策略實(shí)現(xiàn)靶向，如被動(dòng)靶向（EPR效應(yīng)）、主動(dòng)靶向（連接靶向分子如抗體）、刺激響應(yīng)靶向等。答案要點(diǎn)：利用EPR效應(yīng)實(shí)現(xiàn)腫瘤被動(dòng)靶向；表面修飾靶向分子（抗體、適配體）實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向；設(shè)計(jì)響應(yīng)性納米載體實(shí)現(xiàn)時(shí)空控制釋放；提高藥物在靶區(qū)的濃度；降低全身副作用。3.簡述制備生物相容性良好的納米生物材料時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。解析思路：生物相容性涉及材料與生物系統(tǒng)的相互作用，包括細(xì)胞毒性、組織相容性、免疫原性、體內(nèi)降解行為等。制備時(shí)需考慮材料的化學(xué)成分、物理形態(tài)（尺寸、形貌）、表面性質(zhì)（電荷、官能團(tuán)）等因素。答案要點(diǎn)：選擇生物相容性好的材料組分（如生物降解聚合物、惰性金屬）；控制納米材料的尺寸在生物相容性較好的范圍內(nèi)；對材料表面進(jìn)行功能化修飾（如包覆、接枝生物分子）以提高親水性、降低免疫原性；設(shè)計(jì)可生物降解的納米結(jié)構(gòu)。4.納米生物材料在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有哪些潛在的應(yīng)用方向？解析思路：環(huán)境修復(fù)主要包括污染物檢測和污染物去除兩大類。納米生物材料可以開發(fā)高靈敏度的檢測器，也可以作為催化劑或吸附劑來去除污染物。答案要點(diǎn)：開發(fā)基于納米材料（如納米金、納米量子點(diǎn)、納米酶）的污染物快速、高靈敏度檢測傳感器；利用納米光催化劑（如TiO?、ZnO）進(jìn)行水體或空氣中有害有機(jī)物的光催化降解；利用納米吸附材料（如碳納米管、金屬氧化物納米粒）吸附水體中的重金屬離子或有機(jī)污染物；開發(fā)納米材料輔助的土壤修復(fù)技術(shù)。五、論述題1.論述金納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多種應(yīng)用及其作用機(jī)理。解析思路：金納米顆粒因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)（表面等離激元共振）、良好的生物相容性和易于功能化而廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)。需從診斷和治療兩方面論述，并解釋其作用原理。答案要點(diǎn)：診斷應(yīng)用：利用其SPR效應(yīng)在表面修飾后用于比色檢測、免疫層析、流式細(xì)胞術(shù)標(biāo)記、光熱成像（近紅外光激發(fā)產(chǎn)熱）、光動(dòng)力療法（PDT，吸收光能產(chǎn)ROS）等。治療應(yīng)用：光熱療法（利用近紅外光照射產(chǎn)熱殺死癌細(xì)胞）、光動(dòng)力療法（產(chǎn)ROS殺傷細(xì)胞）、藥物遞送載體（修飾后包裹藥物實(shí)現(xiàn)靶向遞送）、癌癥免疫治療（作為佐劑或遞送載體）、表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）用于早期診斷標(biāo)記。作用機(jī)理核心在于其尺寸依賴的SPR特性、易于表面修飾實(shí)現(xiàn)功能化、良好的生物相容性及獨(dú)特的物理化學(xué)效應(yīng)（如產(chǎn)熱、產(chǎn)ROS）。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述納米生物材料在解決應(yīng)用化學(xué)中的環(huán)境問題（如污染物檢測或去除）方面的研究進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：需具體說明納米生物材料如何用于檢測或去除哪種（或哪類）環(huán)境污染物，介紹其作用機(jī)制，并分析當(dāng)前研究進(jìn)展（取得了哪些成果）以及存在的問題和挑戰(zhàn)（如靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性、成本、環(huán)境安全性、實(shí)際應(yīng)用中的回收與處置等）。答案要點(diǎn)：污染物檢測實(shí)例：如利用金納米顆粒標(biāo)記抗體/適配體檢測水體中的重金屬離子（Hg2?,Pb2?）或有機(jī)污染物（如農(nóng)藥殘留、抗生素），通過顏色變化或信號放大實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測。利用納米酶（如過氧化氫酶模擬物）催化顯色反應(yīng)檢測環(huán)境中的過氧化氫或相關(guān)污染物。研究進(jìn)展：檢測靈敏度顯著提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，操作簡便性增強(qiáng)。面臨的挑戰(zhàn)：實(shí)際水體基質(zhì)復(fù)雜干擾大，檢測選擇性有待提高，部分納米材料自身潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，成本較高，缺乏成熟的現(xiàn)場檢測技術(shù)，去除后的納米材料回收與處置問題，長期環(huán)境影響評估不足。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案，用于初步評估某種新型納米材料（如碳納米管）對特定酶（如辣根過氧化物酶）的固定效果。請說明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、所需主要材料與試劑、簡述實(shí)驗(yàn)步驟、以及如何判斷固定效果。解析思路：評估固定效果通常從兩個(gè)方面入手：一是看酶是否能成功從溶液轉(zhuǎn)移到載體上并被激活，二是看固定后的酶是否仍然保持一定的催化活性。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)包含對照組，并使用酶活性測定方法進(jìn)行定量評估。答案要點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模撼醪皆u估碳納米管對辣根過氧化物酶的固定效果。主要材料與試劑：新型碳納米管（CNTs），辣根過氧化物酶（HRP），底物（如愈創(chuàng)木酚），過氧化氫（H?O?），磷酸鹽緩沖液（PBS，pH7.4），離心機(jī)，酶標(biāo)儀，移液器，水浴鍋。實(shí)驗(yàn)步驟：1.酶固定：將CNTs分散于PBS緩沖液中，加入一定量的HRP溶液，混合均勻，室溫孵育一定時(shí)間（如2-4小時(shí)），使HRP吸附或結(jié)合到CNTs表面。2.離心洗滌：將混合物高速離心，棄去上清液，用少量PBS緩沖液洗滌沉淀2-3次，去除未結(jié)合的游離HRP。3.酶活性測定（固定前對照）：*取少量洗滌后的HRP-CNTs懸液，加入適量PBS緩沖液和底物愈創(chuàng)木酚，再加入一定濃度H?O?，置于37℃水浴反應(yīng)一定時(shí)間（如5分鐘）。*加入終止液（如硫酸），在酶標(biāo)儀上測定吸光度值（λmax約為470nm）。記錄為A_固定后。4.酶活性測定（固定前對照）：*取等量游離的HRP溶液（未經(jīng)CNTs固定），加入相同緩沖液、底物和H?O?，同樣條件反應(yīng)和測定吸光度值。記錄為A_游離酶。5.酶活性測定（空白對照）：*只加緩沖液、底物和H?O?，不加HRP，同樣條件反應(yīng)和測定吸光度值。記錄為A_空白。6.計(jì)算固定后的酶活性：酶活（cp