2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子感應(yīng)技術(shù)在工程中的應(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。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在答題紙上。多選、錯(cuò)選、漏選均不得分。）1.分子感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別的依據(jù)主要包括：A.特定分子間的親和作用（如抗原-抗體、酶-底物）B.共價(jià)鍵的形成與斷裂C.分子尺寸和形狀的匹配D.分子光譜特性的獨(dú)特性E.表面物理吸附引起的電荷變化2.下列材料中，常被用作構(gòu)建分子感應(yīng)器敏感層或功能分子載體的是：A.二氧化硅（SiO?）B.氧化石墨烯C.金屬氧化物（如ZnO,TiO?）D.介孔二氧化硅E.聚合物（如PMMA,PDMS）3.分子感應(yīng)器的信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制主要包括：A.光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換（如熒光、磷光、表面等離激元共振）B.電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換（如電流、電勢、電荷轉(zhuǎn)移）C.熱學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換（如溫度變化）D.壓電信號(hào)轉(zhuǎn)換（如頻率變化）E.聲學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換（如聲波頻率變化）4.在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，分子感應(yīng)技術(shù)可用于檢測的污染物類型包括：A.氣體污染物（如CO,NO?,VOCs）B.水體污染物（如重金屬離子、農(nóng)藥殘留、抗生素）C.固體污染物（如粉塵、顆粒物）D.生物污染物（如細(xì)菌、病毒）E.放射性污染物5.下列哪些因素會(huì)影響分子感應(yīng)器的靈敏度和選擇性？A.功能分子的識(shí)別能力B.傳感器基底的物理化學(xué)性質(zhì)C.信號(hào)轉(zhuǎn)換效率D.噪聲干擾（如背景信號(hào)、環(huán)境干擾）E.傳感器的制備工藝和封裝技術(shù)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.分子感應(yīng)器通常由______、______和______三部分組成。2.基于抗原-抗體特異性結(jié)合的分子感應(yīng)器屬于______型傳感器。3.介孔材料因其______和______的特點(diǎn)，常被用作分子感應(yīng)器的敏感材料。4.在生物醫(yī)療領(lǐng)域，分子感應(yīng)技術(shù)可用于______、______和______等方面。5.提高分子感應(yīng)器穩(wěn)定性的工程策略之一是______。三、簡答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.簡述表面等離激元共振（SPR）技術(shù)作為分子感應(yīng)器信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制的基本原理。2.簡述酶分子作為生物識(shí)別元件在分子感應(yīng)器中的應(yīng)用優(yōu)勢。3.簡述將實(shí)驗(yàn)室制備的分子感應(yīng)器應(yīng)用于實(shí)際工程環(huán)境時(shí)需要考慮的主要挑戰(zhàn)。4.簡述分子印跡技術(shù)制備分子感應(yīng)器敏感層的基本原理及其在提高選擇性方面的作用。四、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.論述設(shè)計(jì)一種用于檢測水體中低濃度重金屬離子（如鉛離子Pb2?）的分子感應(yīng)器時(shí)，應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素及其設(shè)計(jì)思路。2.論述分子感應(yīng)技術(shù)在智能藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力及其面臨的工程挑戰(zhàn)。3.結(jié)合具體實(shí)例，論述分子感應(yīng)技術(shù)在工業(yè)過程在線監(jiān)測與控制中的優(yōu)勢及潛在應(yīng)用領(lǐng)域。---試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個(gè)正確選項(xiàng)，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在答題紙上。多選、錯(cuò)選、漏選均不得分。）1.A,C,D,E**解析思路：*分子識(shí)別主要基于分子間非特異性相互作用（親和力、尺寸形狀匹配）和特異性光譜特性。共價(jià)鍵形成是化學(xué)反應(yīng)，不是識(shí)別機(jī)制本身。2.A,B,C,D,E**解析思路：*這些材料都具有良好的生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性、表面可修飾性或獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，適合用作敏感層或載體。3.A,B,C,D**解析思路：*光學(xué)、電化學(xué)、熱學(xué)和壓電是常見的信號(hào)轉(zhuǎn)換方式。聲學(xué)轉(zhuǎn)換相對(duì)少見。4.A,B,D**解析思路：*氣體和水中溶解的污染物、以及生物污染物是環(huán)境監(jiān)測的主要對(duì)象。固體污染物和放射性污染物通常需要其他類型的傳感器。5.A,B,C,D,E**解析思路：*傳感器的性能（靈敏度、選擇性）受材料、結(jié)構(gòu)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、環(huán)境干擾、制備工藝等多種因素影響。二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.敏感層；信號(hào)轉(zhuǎn)換層/基底；讀出系統(tǒng)**解析思路：*分子感應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)包括直接與目標(biāo)物作用的部分（敏感層）、將相互作用轉(zhuǎn)化為可用信號(hào)的媒介（信號(hào)轉(zhuǎn)換層/基底）以及將信號(hào)轉(zhuǎn)化為可讀數(shù)據(jù)的系統(tǒng)（讀出系統(tǒng)）。2.免疫**解析思路：*抗原-抗體結(jié)合是免疫學(xué)核心原理，基于此原理的傳感器稱為免疫傳感器。3.高比表面積；大孔道體積**解析思路：*介孔材料的特點(diǎn)是其孔徑在2-50納米之間，具有極高的比表面積和體積，有利于吸附大量功能分子。4.疾病診斷；生物標(biāo)志物檢測；生物安全監(jiān)測**解析思路：*分子感應(yīng)技術(shù)可利用高靈敏度、高選擇性檢測生物分子，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、尋找疾病相關(guān)指標(biāo)和保障生物安全。5.優(yōu)化封裝技術(shù)**解析思路：*封裝可以保護(hù)傳感器免受環(huán)境濕度、溫度、污染等影響，是提高傳感器穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵工程措施。三、簡答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.*答案：*表面等離激元共振（SPR）技術(shù)利用金屬納米顆?；虮∧ぴ谔囟ㄈ肷浣窍庐a(chǎn)生表面等離激元共振，共振導(dǎo)致金屬表面附近的電磁場顯著增強(qiáng)。當(dāng)目標(biāo)分析物與金屬表面固定化的識(shí)別分子結(jié)合時(shí)，會(huì)引起界面折射率的變化，進(jìn)而微小地改變共振角或共振強(qiáng)度。通過檢測這種變化，可以實(shí)時(shí)、定量地檢測分析物濃度。**解析思路：*考察對(duì)SPR原理的理解，需說明其基于表面電磁場變化，以及這種變化如何由分析物與識(shí)別分子結(jié)合引起。2.*答案：*酶分子作為識(shí)別元件的優(yōu)勢在于：①高特異性，酶對(duì)其底物具有極高的識(shí)別專一性；②高催化活性，酶能加速目標(biāo)物反應(yīng)，提高檢測靈敏度；③生物相容性好，易于與生物材料結(jié)合；④來源廣泛，可通過生物工程手段大量制備。**解析思路：*考察對(duì)酶傳感器優(yōu)勢的認(rèn)識(shí)，應(yīng)從特異性、活性、生物相容性和制備方面作答。3.*答案：*主要挑戰(zhàn)包括：①環(huán)境耐受性，實(shí)際環(huán)境（高濕度、溫度變化、化學(xué)腐蝕）可能影響傳感器性能；②穩(wěn)定性，傳感器在長期使用或重復(fù)使用后的性能衰減；③噪聲干擾，環(huán)境中的背景信號(hào)可能掩蓋微弱的目標(biāo)信號(hào)；④定量檢測的復(fù)雜性，建立準(zhǔn)確可靠的定量關(guān)系；⑤成本與集成，將傳感器小型化、集成化并降低成本以適應(yīng)工業(yè)化需求。**解析思路：*考察對(duì)傳感器從實(shí)驗(yàn)室走向工程應(yīng)用時(shí)實(shí)際問題的理解，需列舉多個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。4.*答案：*分子印跡技術(shù)通過在模板分子（目標(biāo)物）存在下，利用功能單體與交聯(lián)劑在載體上聚合形成聚合物網(wǎng)絡(luò)，去除模板分子后留下與模板分子尺寸、形狀和化學(xué)環(huán)境互補(bǔ)的空腔（印跡位點(diǎn)）。當(dāng)目標(biāo)物再次進(jìn)入時(shí)，因其與印跡位點(diǎn)的高度特異性結(jié)合而被捕獲，從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別。其優(yōu)勢在于能制備出對(duì)特定分子具有高度選擇性的材料，克服了傳統(tǒng)識(shí)別元件來源有限的限制。**解析思路：*考察對(duì)分子印跡原理和作用的理解，需說明其制備過程和選擇性優(yōu)勢。四、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.*答案：*關(guān)鍵因素及設(shè)計(jì)思路：①識(shí)別層：選擇對(duì)Pb2?具有高親和力和選擇性的識(shí)別元件（如特異性抗體、適配體、或設(shè)計(jì)特定的印跡分子），并將其固定在合適的載體（如介孔二氧化硅、碳納米材料）上。②信號(hào)轉(zhuǎn)換：選擇靈敏且易于讀出的信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制（如電化學(xué)：伏安法、電化學(xué)阻抗譜；光學(xué)：熒光猝滅/增強(qiáng)、比色；壓電：頻率變化）。③基底與讀出系統(tǒng)：選擇合適的基底材料（如柔性基底便于集成），設(shè)計(jì)可靠的信號(hào)放大和處理電路。設(shè)計(jì)思路是：首先篩選或設(shè)計(jì)高效的Pb2?識(shí)別元件，然后選擇與之匹配的、靈敏的信號(hào)轉(zhuǎn)換策略，最后考慮傳感器的集成、封裝和實(shí)際應(yīng)用條件，優(yōu)化整體性能（靈敏度、選擇性、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性）。**解析思路：*考察綜合設(shè)計(jì)能力，需從識(shí)別元件選擇、信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制、基底與系統(tǒng)集成等方面進(jìn)行論述，體現(xiàn)對(duì)傳感器設(shè)計(jì)流程和關(guān)鍵參數(shù)的理解。2.*答案：*應(yīng)用潛力：分子感應(yīng)技術(shù)可構(gòu)建對(duì)特定藥物分子或生物標(biāo)志物（如腫瘤標(biāo)志物）高度敏感的傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測藥物在體內(nèi)的濃度變化或疾病狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療和智能給藥控制。例如，可設(shè)計(jì)植入式傳感器持續(xù)監(jiān)測胰島素水平并自動(dòng)調(diào)節(jié)胰島素泵。面臨的工程挑戰(zhàn)：①藥物分子通常濃度低，要求傳感器具有極高的靈敏度；②體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜（高鹽、高蛋白、酶），要求傳感器具有良好的生物相容性和抗干擾能力；③傳感器需小型化、穩(wěn)定可靠，并能與給藥系統(tǒng)安全可靠地集成；④實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智能控制需要傳感器、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高度整合。**解析思路：*考察對(duì)分子感應(yīng)技術(shù)在特定領(lǐng)域（藥物遞送）應(yīng)用的想象力和分析能力，需指出其潛力所在，并深入分析實(shí)際工程應(yīng)用中面臨的技術(shù)難題。3.*答案：*優(yōu)勢：①靈敏度高，可檢測痕量污染物；②選擇性好，能有效區(qū)分目標(biāo)物；③響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測；④可設(shè)計(jì)成微型化、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、連續(xù)監(jiān)測；⑤成本相對(duì)較低，易于大規(guī)模部