2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——納米材料在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在答題紙上。）1.下列哪種納米材料的特殊性質(zhì)使其在環(huán)境傳感領(lǐng)域備受關(guān)注？（）A.優(yōu)異的力學(xué)性能B.可調(diào)的表面化學(xué)活性和巨大的比表面積C.低成本的生產(chǎn)工藝D.良好的生物相容性2.在利用納米材料構(gòu)建的電化學(xué)傳感器中，以下哪種效應(yīng)通常用于提高檢測(cè)靈敏度？（）A.壓電效應(yīng)B.酪氨酸氧化效應(yīng)C.量子隧穿效應(yīng)D.壓阻效應(yīng)3.量子點(diǎn)（QDs）在生物/環(huán)境傳感中主要利用其哪種特性？（）A.磁性共振B.可調(diào)的熒光發(fā)射光譜C.超導(dǎo)特性D.高擴(kuò)散率4.碳納米管（CNTs）用于水質(zhì)重金屬檢測(cè)時(shí)，其表面官能化的主要目的是？（）A.增加管的導(dǎo)電性B.提高其在水中的溶解度C.提供特定官能團(tuán)與重金屬離子結(jié)合D.降低其制備成本5.SERS（表面增強(qiáng)拉曼散射）技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)在于？（）A.可在暗環(huán)境下操作B.可檢測(cè)所有有機(jī)物C.具有極高的靈敏度和特異性，可檢測(cè)痕量物質(zhì)D.操作步驟非常簡(jiǎn)單6.將納米材料作為示蹤劑標(biāo)記微生物，主要用于監(jiān)測(cè)？（）A.水體中溶解性有機(jī)物的遷移B.土壤孔隙水中重金屬的擴(kuò)散路徑C.微生物在環(huán)境介質(zhì)中的分布、存活和活動(dòng)D.大氣顆粒物的沉降速率7.以下哪種納米材料制備方法通常涉及原子或分子的沉積、生長(zhǎng)或自組裝過程？（）A.機(jī)械研磨法B.干法刻蝕C.化學(xué)氣相沉積（CVD）D.熔融紡絲法8.在評(píng)估納米材料用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用潛力時(shí)，以下哪個(gè)因素屬于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)考量？（）A.傳感器的響應(yīng)時(shí)間B.納米材料在環(huán)境中的降解性和潛在的長(zhǎng)期毒性C.傳感器的制備成本D.傳感器的存儲(chǔ)穩(wěn)定性9.仿生納米傳感器的設(shè)計(jì)靈感通常來(lái)源于？（）A.傳統(tǒng)化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)B.生物體（如酶、抗體、細(xì)胞膜）的感知和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制C.現(xiàn)代電子設(shè)備的電路圖D.工業(yè)生產(chǎn)流程的優(yōu)化10.對(duì)于納米材料在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用，以下哪種觀點(diǎn)最為全面和審慎？（）A.納米材料技術(shù)是解決所有環(huán)境監(jiān)測(cè)問題的萬(wàn)能鑰匙B.應(yīng)優(yōu)先發(fā)展納米傳感器，忽略其潛在的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)C.在積極推動(dòng)納米材料技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，必須對(duì)其生態(tài)安全性進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估和管理D.納米材料技術(shù)主要用于實(shí)驗(yàn)室研究，不適合實(shí)際環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在答題紙上。）1.納米材料獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，如______和______，使其在生物和環(huán)境傳感中可用于標(biāo)記和追蹤。2.構(gòu)建高選擇性傳感器時(shí)，常利用納米材料表面修飾的______分子來(lái)特異性識(shí)別目標(biāo)分析物。3.金屬納米顆粒的______效應(yīng)對(duì)SERS信號(hào)的產(chǎn)生至關(guān)重要，通常需要粗糙的表面和合適的金屬間距離。4.評(píng)估納米材料生物毒性的常用體外測(cè)試系統(tǒng)包括______和______。5.納米材料用于監(jiān)測(cè)土壤污染物時(shí)，可能面臨的挑戰(zhàn)之一是其難以從土壤顆粒上______，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。6.將納米傳感器集成到便攜式或可穿戴設(shè)備中，有助于實(shí)現(xiàn)______的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。7.基于納米材料的______傳感器在檢測(cè)水體中的______（例如，病原體、特定污染物）方面顯示出巨大潛力。8.納米材料的______和______是其能否成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)并最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的重要因素。9.除了分析物的檢測(cè)，納米材料有時(shí)也用于監(jiān)測(cè)環(huán)境介質(zhì)中的______變化，如pH、溫度或氧化還原狀態(tài)。10.納米技術(shù)與其他學(xué)科（如______、______）的交叉融合，不斷催生生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的新方法和新應(yīng)用。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）1.簡(jiǎn)述量子點(diǎn)（QDs）在環(huán)境傳感中實(shí)現(xiàn)高靈敏度的主要原理。2.比較碳納米管（CNTs）和金屬納米顆粒在構(gòu)建電化學(xué)傳感器方面的主要異同點(diǎn)。3.闡述利用納米材料監(jiān)測(cè)水體中重金屬離子時(shí)，可能會(huì)遇到的主要干擾因素及其可能的應(yīng)對(duì)策略。4.簡(jiǎn)述納米材料在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中可能帶來(lái)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并舉例說(shuō)明。四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）1.論述納米材料在開發(fā)新型生物傳感器用于病原體（如細(xì)菌、病毒）檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)發(fā)展方向。2.結(jié)合具體納米材料實(shí)例，論述其在監(jiān)測(cè)大氣污染物（如PM2.5、VOCs）方面的應(yīng)用潛力及關(guān)鍵科學(xué)問題。3.從分子設(shè)計(jì)與制備的角度，論述如何提高納米材料環(huán)境傳感器的選擇性、穩(wěn)定性和生物相容性（或環(huán)境友好性），以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、填空題1.可調(diào)的熒光/發(fā)光，光穩(wěn)定性好（或其他相關(guān)性質(zhì)如上轉(zhuǎn)換/下轉(zhuǎn)換）2.識(shí)別3.共振4.體外細(xì)胞毒性測(cè)試，體外遺傳毒性測(cè)試5.解吸/洗脫6.實(shí)時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)（insitu）7.光學(xué)，重金屬8.生物安全性，環(huán)境友好性（或降解性，持久性）9.環(huán)境化學(xué)（或理化）10.環(huán)境科學(xué)，材料科學(xué)（或其他相關(guān)交叉學(xué)科）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：量子點(diǎn)具有可調(diào)的寬光譜吸收和窄半峰寬發(fā)射特性，以及極高的熒光量子產(chǎn)率。當(dāng)與目標(biāo)分析物結(jié)合或其表面狀態(tài)改變時(shí)，其熒光強(qiáng)度、波長(zhǎng)或壽命會(huì)發(fā)生可測(cè)量的變化（如熒光猝滅、紅移/藍(lán)移）。這種對(duì)微環(huán)境變化的敏感性和高信號(hào)強(qiáng)度使得QDs能夠?qū)崿F(xiàn)痕量分析物的靈敏檢測(cè)。2.解析思路：相同點(diǎn)：都具有高比表面積、優(yōu)異的導(dǎo)電性、可功能化表面，可用于構(gòu)建高靈敏度電化學(xué)傳感器。不同點(diǎn)：CNTs具有獨(dú)特的管狀結(jié)構(gòu)，可形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)或納米線，適用于場(chǎng)效應(yīng)器件或電極修飾；金屬納米顆粒（如Au,Ag）主要利用其表面等離子體共振效應(yīng)或催化活性，在信號(hào)增強(qiáng)或電催化氧化/還原方面有優(yōu)勢(shì)。制備方法、穩(wěn)定性和特定應(yīng)用場(chǎng)景也有所差異。3.解析思路：主要干擾因素包括：水體中其他金屬離子的光譜重疊或催化干擾；共存陰/陽(yáng)離子（如Cl?,SO?2?）的競(jìng)爭(zhēng)吸附或改變納米材料表面性質(zhì)；溶解性有機(jī)物（如腐殖酸）的絡(luò)合作用；傳感器表面的污染物沉積或生物膜覆蓋。應(yīng)對(duì)策略可能包括：選擇具有高選擇性的納米材料或識(shí)別基團(tuán)；采用預(yù)富集、掩蔽技術(shù)去除干擾物；優(yōu)化傳感器表面修飾；進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)加入法校正等。4.解析思路：潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)包括：納米材料自身毒性（如重金屬納米顆粒的溶解釋放）；納米材料在環(huán)境中的持久性導(dǎo)致累積；納米材料與生物體的相互作用（如細(xì)胞攝取、內(nèi)化、穿透生物屏障）；納米材料可能富集食物鏈并傳遞毒性；影響微生物群落結(jié)構(gòu)和功能。例如，納米銀顆粒的釋放可能抑制水生生物攝食或?qū)е律锇l(fā)光細(xì)菌光密度下降。四、論述題1.解析思路：優(yōu)勢(shì)：QDs可提供明亮、穩(wěn)定的熒光信號(hào)，易于檢測(cè)；可通過表面修飾實(shí)現(xiàn)高特異性識(shí)別；可進(jìn)行多重標(biāo)記，同時(shí)檢測(cè)多種病原體；尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)使其對(duì)微環(huán)境變化敏感，可能用于檢測(cè)病原體存在或活性狀態(tài)。挑戰(zhàn)：生物相容性及體內(nèi)長(zhǎng)期毒性需評(píng)估；信號(hào)猝滅效應(yīng)（如生物環(huán)境中的猝滅劑）；免疫原性問題；臨床轉(zhuǎn)化中的成本和標(biāo)準(zhǔn)化問題。發(fā)展方向：開發(fā)新型生物相容性QDs（如生物可降解材料包裹）；設(shè)計(jì)新型識(shí)別界面，提高抗干擾能力和穩(wěn)定性；開發(fā)便攜式、快速檢測(cè)平臺(tái)；結(jié)合微流控、微陣列等技術(shù)實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)。2.解析思路：潛力：CNTs（尤其是單壁CNTs）具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和高比表面積，可用于構(gòu)建高靈敏度電化學(xué)或光電化學(xué)傳感器檢測(cè)VOCs；其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可作為高效吸附劑富集PM2.5顆粒；可制備氣敏納米線/薄膜，直接響應(yīng)氣體分子。金屬氧化物納米顆粒（如ZnO,TiO?）的光催化活性可用于降解VOCs或標(biāo)記PM2.5。挑戰(zhàn)：選擇性問題（眾多VOCs結(jié)構(gòu)相似）；傳感器對(duì)氣體和水汽的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；實(shí)際大氣復(fù)雜體系中的信號(hào)干擾；器件小型化和集成化。關(guān)鍵科學(xué)問題：開發(fā)高選擇性識(shí)別位點(diǎn)或功能化界面；提高器件在真實(shí)大氣條件下的穩(wěn)定性和抗干擾能力；建立可靠的定量分析模型；實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗的便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備。3.解析思路：提高選擇性：通過分子設(shè)計(jì)精確修飾納米材料表面，引入與目標(biāo)分析物具有高度特異性相互作用（如配位、疏水、靜電、π-π堆積）的識(shí)別基團(tuán)，減少對(duì)類似物或背景干擾物的響應(yīng)。提高穩(wěn)定性：選擇本身具有良好化學(xué)、光學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性的材料（如金、二氧化硅、某些碳材料）；通過表面包覆（如聚合物、無(wú)機(jī)殼層）或內(nèi)核/殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)材料抵抗環(huán)境腐蝕