2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子設(shè)計在體外診斷試劑開發(fā)中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.在體外診斷試劑中，分子識別元件的核心功能是（）。A.信號放大B.物理分離C.發(fā)光D.特異性結(jié)合目標(biāo)分析物2.下列哪種分子設(shè)計策略主要利用噬菌體展示技術(shù)篩選獲得？（）A.DNA分子印跡B.適配體（Aptamer）C.CRISPRD.表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）標(biāo)記3.與傳統(tǒng)抗體相比，核酸適配體（Aptamer）的主要優(yōu)勢之一是（）。A.免疫原性B.高度特異性C.易于化學(xué)合成D.較長的半衰期4.在設(shè)計用于檢測蛋白質(zhì)的核酸適配體時，通常需要考慮（）。A.核酸鏈的GC含量B.適配體與蛋白質(zhì)的結(jié)合親和力C.適配體的二級結(jié)構(gòu)D.以上都是5.用于體外診斷的熒光探針分子設(shè)計時，需要重點(diǎn)考慮的因素是（）。A.熒光量子產(chǎn)率B.光穩(wěn)定性C.與目標(biāo)物結(jié)合的特異性D.以上都是6.DNA分子印跡技術(shù)（DNAMolecularImprinting）的核心在于（）。A.利用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)B.設(shè)計具有目標(biāo)物印跡空腔的DNA探針C.高溫變性D.電泳分離7.在信號放大機(jī)制中，酶催化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（EnzymeChainReaction,ECR）通常利用（）作為信號放大單元。A.熒光分子B.酶C.電極材料D.微流控芯片8.下列哪項技術(shù)不屬于基于核酸分子相互作用的應(yīng)用？（）A.DNAzymeB.DNAorigamiC.CRISPR-Cas9基因編輯D.基于抗體-抗原反應(yīng)的ELISA9.微流控技術(shù)應(yīng)用于體外診斷試劑開發(fā)的主要優(yōu)勢包括（）。A.樣本消耗量少B.檢測速度快C.可實現(xiàn)高通量D.以上都是10.評價一個體外診斷試劑性能的關(guān)鍵指標(biāo)是（）。A.價格低廉B.操作簡便C.靈敏度和特異性D.臨床適用性二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.分子設(shè)計在體外診斷試劑開發(fā)中起著________和________的關(guān)鍵作用。2.適配體（Aptamer）是具有特異性識別功能的________鏈。3.提高體外診斷試劑靈敏度的常用方法包括________和________。4.DNA分子印跡技術(shù)制備的識別元件稱為________。5.熒光標(biāo)記物在診斷試劑中常用于________。6.表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)利用________效應(yīng)增強(qiáng)拉曼信號。7.CRISPR技術(shù)在診斷領(lǐng)域的應(yīng)用潛力主要在于________和________。8.信號放大策略可以提高診斷試劑對目標(biāo)分析物的________。9.設(shè)計核酸適配體時，常用的篩選方法有________和________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述分子識別在體外診斷試劑中的作用。2.比較抗體和核酸適配體作為分子識別元件的優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡述酶催化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（ECR）的基本原理及其在信號放大中的應(yīng)用。4.簡述微流控技術(shù)在家用體外診斷設(shè)備開發(fā)中的潛在優(yōu)勢。四、論述題（每題10分，共20分）1.以檢測某種特定蛋白質(zhì)為例，闡述從分子設(shè)計到體外診斷試劑開發(fā)的流程，包括關(guān)鍵步驟和需要考慮的因素。2.討論分子設(shè)計在提高體外診斷試劑特異性的應(yīng)用策略，并舉例說明。五、計算題（共10分）假設(shè)某基于核酸適配體的電化學(xué)檢測方法，其檢測限（LOD）為1fg/mL。如果將該方法的靈敏度提高兩個數(shù)量級，那么新的檢測限是多少？請解釋計算依據(jù)。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.D5.D6.B7.B8.D9.D10.C二、填空題1.指導(dǎo)；實現(xiàn)2.核酸3.提高檢測信號；減少背景干擾4.DNA分子印跡探針（或印跡分子）5.檢測信號的產(chǎn)生與傳遞6.表面等離子體共振7.快速基因分型；病原體檢測8.檢測限（或靈敏度）9.體外酶聯(lián)篩選；噬菌體展示篩選三、簡答題1.解析思路：闡述分子識別是實現(xiàn)特異性檢測的基礎(chǔ)。分子識別元件（如抗體、適配體、核酸探針等）能與目標(biāo)分析物（如蛋白質(zhì)、核酸、小分子等）發(fā)生特異性結(jié)合，這是診斷試劑能夠區(qū)分目標(biāo)物與干擾物的核心原理。通過精確的分子設(shè)計，可以優(yōu)化識別元件與目標(biāo)物之間的結(jié)合親和力和特異性，從而保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.解析思路：分別比較抗體和核酸適配體的特點(diǎn)?？贵w的優(yōu)點(diǎn)：高親和力、穩(wěn)定性好、已廣泛驗證。缺點(diǎn)：免疫原性、易被酶降解、合成和改造相對復(fù)雜。核酸適配體的優(yōu)點(diǎn)：無免疫原性、易于化學(xué)合成、可設(shè)計性強(qiáng)、穩(wěn)定性好（某些情況下）。缺點(diǎn)：通常親和力相對較低、需要篩選獲得、體外穩(wěn)定性可能不如抗體。根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的元件。3.解析思路：解釋ECR原理。ECR利用酶（如辣根過氧化物酶HRP、堿性磷酸酶AP等）催化可產(chǎn)生信號的底物（如化學(xué)發(fā)光底物、電化學(xué)活性物質(zhì)）發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，即一個酶分子催化反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物能進(jìn)一步催化下一個相同或不同酶分子的反應(yīng)。這樣，少量初始酶催化中心可以引發(fā)指數(shù)級的信號放大，從而極大地提高檢測靈敏度。4.解析思路：闡述微流控優(yōu)勢。微流控技術(shù)可在芯片上集成樣品處理、反應(yīng)、檢測等步驟，具有樣品和試劑消耗量少、反應(yīng)時間短、并行處理能力、易于自動化和集成化等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)使其特別適用于開發(fā)便攜式、快速、低成本、高通量的家用體外診斷設(shè)備，滿足即時檢測（Point-of-CareTesting,POCT）的需求。四、論述題1.解析思路：構(gòu)建設(shè)計開發(fā)流程。首先，根據(jù)待檢測分析物的特性（如結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)）和診斷需求（如靈敏度、特異性、檢測方法），選擇合適的分子識別策略（如設(shè)計抗體或核酸適配體）。其次，進(jìn)行分子設(shè)計，合成或篩選識別元件。然后，設(shè)計信號報告系統(tǒng)（如選擇合適的熒光、電化學(xué)、生物酶標(biāo)記物），并將其與識別元件結(jié)合。接著，進(jìn)行體外條件優(yōu)化（如優(yōu)化結(jié)合條件、信號放大策略、檢測緩沖液等）。之后，將優(yōu)化后的試劑與合適的檢測儀器平臺（如微流控芯片、光譜儀、電化學(xué)儀等）結(jié)合，進(jìn)行性能評估（靈敏度、特異性、穩(wěn)定性、重復(fù)性等）。最后，考慮試劑的儲存、運(yùn)輸、使用便捷性等，進(jìn)行小試或中試，直至形成最終產(chǎn)品。2.解析思路：討論提高特異性的策略并舉例。分子設(shè)計是提高特異性的關(guān)鍵。策略包括：①精確設(shè)計識別元件的識別位點(diǎn)，使其與目標(biāo)物具有高度序列或結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性；②利用多結(jié)合位點(diǎn)策略，設(shè)計多個識別元件同時結(jié)合目標(biāo)物，提高整體結(jié)合的自由能；③引入空間位阻或構(gòu)象限制，使識別元件只能與特定構(gòu)象的目標(biāo)物結(jié)合；④結(jié)合其他篩選手段（如噬菌體展示）優(yōu)化識別元件的特異性；⑤利用分子印跡技術(shù)制備具有特定空腔結(jié)構(gòu)的識別元件，該空腔是根據(jù)目標(biāo)物模板合成的，具有高度特異性。舉例：設(shè)計一段核酸適配體，其結(jié)合區(qū)域精確匹配目標(biāo)蛋白質(zhì)的特定結(jié)合口袋；或利用分子印跡技術(shù)合成一個識別特定小分子藥物殘留的抗體樣識別分子。五、計算題解析思路：計算依據(jù)是基于檢測限（LOD）與靈敏度（Signal-ConcentrationRelationship）通常呈指數(shù)反比關(guān)系。靈敏度通常定義為檢測限的倒數(shù)（Sensitivity=1/LOD）。提高靈敏度兩個數(shù)量級，意味著新的靈敏度是原來的10倍（因為對數(shù)尺度上提高2個單位，即10^2=100倍，但此處題意為提高“兩個數(shù)量級”，通常指10倍，需與題目描述確認(rèn)，按10倍計算）。如果靈敏度提高10倍，新的檢測限（LOD_new）=原始檢測限（LOD_old）/新靈敏度=LOD_old/(10*Sensitivity_old)=LOD_old