2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫——仿生材料在應(yīng)用化學(xué)中的研究進(jìn)展考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋1.仿生材料2.自組裝3.仿生催化4.仿生傳感器5.智能仿生材料二、填空題1.仿生材料的設(shè)計思想主要來源于對__________和__________的觀察與學(xué)習(xí)。2.常見的仿生材料制備方法包括__________、__________和模板法等。3.仿生酶催化劑具有__________高、__________高和環(huán)境友好等優(yōu)點。4.仿生膜材料在分離領(lǐng)域主要利用其結(jié)構(gòu)的__________特性來選擇性地透過物質(zhì)。5.仿生材料在能源領(lǐng)域的研究熱點包括仿生太陽能電池和__________等。三、判斷題1.任何具有生物結(jié)構(gòu)特征的材料都可以稱為仿生材料。()2.微流控技術(shù)是一種可以精確控制流體在微尺度通道中行為的制備技術(shù)，常用于制備仿生材料。()3.仿生傳感器的基本原理是利用生物體對特定物質(zhì)的感知能力進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。()4.骨骼仿生多孔支架材料的設(shè)計目標(biāo)是模擬骨骼的力學(xué)性能和骨再生微環(huán)境。()5.計算仿生是仿生材料研究領(lǐng)域的一個重要方向，它利用計算機(jī)模擬生物系統(tǒng)來指導(dǎo)材料設(shè)計。()四、簡答題1.簡述仿生設(shè)計的基本原理及其在材料科學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢。2.比較自組裝技術(shù)和模板法在仿生材料制備中的主要區(qū)別。3.簡述仿生酶催化劑相比傳統(tǒng)催化劑的主要優(yōu)勢及其在應(yīng)用化學(xué)中的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。4.簡述仿生材料在環(huán)境監(jiān)測或治理方面至少兩種具體的應(yīng)用實例。五、論述題1.論述仿生材料研究面臨的挑戰(zhàn)以及未來可能的發(fā)展趨勢。2.選擇一種具體的仿生材料體系（例如：仿生光電器件、仿生藥物載體、仿生水處理材料等），結(jié)合其結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備方法和應(yīng)用性能，進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述和分析。試卷答案一、名詞解釋1.仿生材料：指模仿生物體結(jié)構(gòu)、功能或過程原理而設(shè)計和制備的人工材料。2.自組裝：指在無明顯外部干預(yù)的情況下，分子、納米粒子或超分子等通過相互作用的物理或化學(xué)過程自動形成有序結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。3.仿生催化：指模仿生物酶的催化特性（如高效率、高選擇性、溫和條件等），利用人工材料構(gòu)建的催化體系。4.仿生傳感器：指模仿生物體感知外界信號（如化學(xué)物質(zhì)、物理量）的機(jī)制，利用仿生敏感材料或結(jié)構(gòu)設(shè)計的檢測裝置。5.智能仿生材料：指能夠模擬生物體對外界刺激（如光、熱、電、磁、化學(xué)物質(zhì)等）做出可預(yù)測響應(yīng)，并可能伴隨功能轉(zhuǎn)換或行為調(diào)整的仿生材料。二、填空題1.生物系統(tǒng)自然界2.分子自組裝超分子自組裝3.高效高選擇性4.選擇性5.仿生燃料電池三、判斷題1.×2.√3.√4.√5.√四、簡答題1.仿生設(shè)計的基本原理是模仿生物體在長期進(jìn)化過程中形成的精巧的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的功能或高效的能量轉(zhuǎn)換與物質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制，并將其原理應(yīng)用于人工材料的設(shè)計與制備。其應(yīng)用優(yōu)勢在于能夠利用生物系統(tǒng)億萬年進(jìn)化積累的“智慧”，獲得性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)新穎、環(huán)境友好或功能智能的人工材料，有助于突破傳統(tǒng)材料設(shè)計的局限，實現(xiàn)創(chuàng)新。2.自組裝技術(shù)主要依賴于體系內(nèi)在驅(qū)動力（如熵、焓）使組分自動形成有序結(jié)構(gòu)，通常在溶液、氣相或界面等無序環(huán)境中進(jìn)行，過程相對溫和，易于實現(xiàn)分子/納米尺度上的精細(xì)結(jié)構(gòu)控制，得到的結(jié)構(gòu)通常具有規(guī)整性或特定排列。模板法則是利用預(yù)先制備的具有特定孔隙結(jié)構(gòu)、形狀或化學(xué)環(huán)境的模板（如生物模板、無機(jī)模板、氣凝膠模板等），將原料限制在模板的框架內(nèi)或使其在模板表面沉積，從而制備出具有與模板結(jié)構(gòu)相似或衍生結(jié)構(gòu)的材料，其關(guān)鍵在于模板的設(shè)計與制備，可控性高，尤其適合制備具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)或特定表面性質(zhì)的材料。兩者在驅(qū)動力、過程、可控性和結(jié)構(gòu)維度上存在區(qū)別。3.仿生酶催化劑相比傳統(tǒng)催化劑的主要優(yōu)勢包括：①極高的催化效率，往往比化學(xué)催化劑快數(shù)個數(shù)量級；②高度的選擇性，能特異性地催化目標(biāo)反應(yīng)，副反應(yīng)少；③作用條件溫和，通常在常溫常壓、中性或接近中性的水溶液中進(jìn)行；④環(huán)境友好，多為可生物降解的有機(jī)物；⑤易于固定化和回收利用。在應(yīng)用化學(xué)中，潛在應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如手性合成（藥物、精細(xì)化學(xué)品）、有機(jī)合成（C-C/C-N/C-O鍵形成）、生物轉(zhuǎn)化、廢水處理（降解污染物）等，可顯著提高反應(yīng)效率、降低能耗和環(huán)境污染。4.仿生材料在環(huán)境監(jiān)測或治理方面的應(yīng)用實例：*仿生傳感器：例如，模仿酶或細(xì)胞受體識別特定污染物的機(jī)制，制備高選擇性、高靈敏度的化學(xué)傳感器或生物傳感器，用于實時檢測水體中的重金屬離子（如汞、鉛）、農(nóng)藥殘留、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等環(huán)境污染物。*仿生吸附/光催化材料：例如，模仿植物葉片的光合作用或動物皮膚的自我清潔能力，設(shè)計具有特殊孔道結(jié)構(gòu)（如介孔、微孔）或表面特性（如超親水/超疏水）的材料，用于高效吸附或光催化降解水體中的有機(jī)污染物（如染料、酚類化合物），實現(xiàn)污染物的去除或礦化。五、論述題1.仿生材料研究面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①生物系統(tǒng)極其復(fù)雜，從分子到細(xì)胞再到組織器官的多尺度、多因素相互作用機(jī)制尚不完全清楚，精確模擬和復(fù)現(xiàn)生物功能難度巨大；②材料設(shè)計與生物結(jié)構(gòu)功能的匹配問題，如何在人工材料中實現(xiàn)生物系統(tǒng)的精確結(jié)構(gòu)、動態(tài)響應(yīng)和功能集成；③仿生材料的制備工藝需要進(jìn)一步發(fā)展，以實現(xiàn)大規(guī)模、低成本、高質(zhì)量的制備；④仿生材料的長期穩(wěn)定性、生物相容性（尤其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中）以及環(huán)境影響等需要深入評估；⑤跨學(xué)科研究人才的培養(yǎng)和協(xié)作機(jī)制有待加強(qiáng)。未來發(fā)展趨勢可能包括：①向多尺度、多功能一體化方向發(fā)展，實現(xiàn)更復(fù)雜的仿生系統(tǒng)；②與人工智能、計算模擬等結(jié)合，進(jìn)行智能設(shè)計和預(yù)測；③開發(fā)動態(tài)響應(yīng)和自修復(fù)仿生材料；④拓展在能源、信息、健康等領(lǐng)域的應(yīng)用，解決更迫切的社會需求；⑤更加關(guān)注可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好型仿生材料的研發(fā)。2.(以下選擇“仿生藥物載體”為例進(jìn)行闡述，考生可自行選擇其他體系)仿生藥物載體是指模仿生物體（如細(xì)胞、病毒、蛋白質(zhì)、ExtracellularMatrix等）的結(jié)構(gòu)、功能或生物過程而設(shè)計用于遞送藥物的人工或天然/人工復(fù)合材料。其典型實例是細(xì)胞模擬型納米載體。結(jié)構(gòu)設(shè)計：細(xì)胞模擬型載體通常模仿細(xì)胞的大小、形狀（如球形、橢球形）、表面標(biāo)志物（如糖鏈、特定蛋白質(zhì)受體）、膜結(jié)構(gòu)（如脂質(zhì)雙分子層）等。例如，利用聚合物自組裝或模板法可以制備出具有細(xì)胞大小和近細(xì)胞形態(tài)的納米粒，再通過化學(xué)修飾在其表面接上細(xì)胞識別分子（如凝集素、抗體），使其能靶向特定細(xì)胞或組織。制備方法：常見的制備方法包括聚合物納米粒的物理化學(xué)方法（如乳化聚合法、溶劑揮發(fā)法、層層自組裝法）、利用生物模板（如細(xì)胞膜、病毒殼）進(jìn)行封裝或表面修飾、以及基于生物相容性材料的自組裝（如蛋白質(zhì)、DNA納米結(jié)構(gòu)）。微流控技術(shù)也能用于精確控制細(xì)胞模擬載體的尺寸、形狀和功能化。應(yīng)用性能：細(xì)胞模擬載體的主要應(yīng)用性能包括：①增強(qiáng)的體內(nèi)循環(huán)能力：模擬紅細(xì)胞的大小和表面特性，可以逃避單核吞噬系統(tǒng)（RES）的識別和清除，延長藥物在血液中的停留時間。②靶向遞送：通過表面修飾的細(xì)胞識別分子，使藥物載體能夠特異性地識別并附著在病變細(xì)胞（如癌細(xì)胞）或病灶部位，提高局部藥物濃度，減少對正常組織的毒副作用。③保護(hù)藥物：載體結(jié)構(gòu)可以保護(hù)敏感藥物分子免受體內(nèi)酶或環(huán)境的降解，提高藥物的穩(wěn)定性。④控制釋放：載體的結(jié)構(gòu)或組成可以設(shè)計成響應(yīng)特定的生理環(huán)境（如pH、溫度、酶、氧化還原狀態(tài)），實現(xiàn)藥物的按需釋放。⑤協(xié)同治療：可以在