2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子科學與工程在產業(yè)升級中的作用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、分子科學與工程關注物質的微觀結構、性質及其相互作用規(guī)律，并利用這些規(guī)律創(chuàng)造、改造和應用具有特定功能的新物質、新材料和新器件。請簡述分子科學與工程的主要研究范疇及其在現(xiàn)代科技發(fā)展中的核心地位。二、請分別闡述高分子材料、納米材料、生物材料在提升傳統(tǒng)制造業(yè)（如汽車、建筑、機械）性能方面各自具有的獨特優(yōu)勢，并各舉一例說明其具體應用如何促進產業(yè)升級。三、催化劑是化學工業(yè)的核心技術之一。選擇一種你熟悉的工業(yè)催化劑（例如，合成氨催化劑、裂化催化劑、聚合催化劑等），請描述其基本組成、工作原理，并分析其在提高產物收率、選擇性和降低能耗方面對相關產業(yè)升級所起到的關鍵作用。四、分子診斷技術是現(xiàn)代醫(yī)學的重要支柱。請論述基因測序、蛋白質組學、分子成像等技術在疾病早期篩查、精準醫(yī)療和藥物研發(fā)中的應用，并分析這些技術的進步如何推動現(xiàn)代醫(yī)療產業(yè)的升級換代。五、能源危機和環(huán)境問題是全球性挑戰(zhàn)。請選擇一項基于分子科學與工程的新能源技術（如太陽能電池材料、燃料電池催化劑、儲能材料等），詳細說明其工作原理、優(yōu)勢，并分析其發(fā)展對能源結構優(yōu)化和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的貢獻。六、七、任何技術的發(fā)展和應用都伴隨著挑戰(zhàn)。請分析將分子檢測技術應用于大規(guī)模公共衛(wèi)生監(jiān)測時可能面臨的技術、倫理、社會接受度等方面的挑戰(zhàn)，并提出相應的應對策略或思考。八、請結合一個具體產業(yè)（可選新能源、生物醫(yī)藥、信息技術、環(huán)保等任一領域）的實例，全面分析分子科學與工程的技術創(chuàng)新是如何驅動該產業(yè)實現(xiàn)從傳統(tǒng)模式向高端化、智能化、綠色化方向升級的，并探討未來該領域的發(fā)展趨勢及其對產業(yè)持續(xù)升級的潛在影響。試卷答案一、分子科學與工程主要研究分子/原子層面的結構、組成、性質、相互作用以及運動規(guī)律，并利用這些規(guī)律進行分子設計、分子制造和分子調控。其研究范疇涵蓋有機化學、無機化學、物理化學、高分子科學、材料科學、生物化學、物理學、化學工程等多個學科領域。其核心地位在于通過在微觀尺度上認識和操控物質，創(chuàng)造出具有優(yōu)異性能的新材料、新藥物、新器件，從而推動科技進步、經(jīng)濟發(fā)展和社會變革，是解決能源、環(huán)境、健康等重大挑戰(zhàn)的關鍵科學之一。二、高分子材料：優(yōu)勢在于可設計性強、加工性好、性能范圍廣。例如，高性能工程塑料（如聚碳酸酯、尼龍）的應用，使得汽車部件可以更輕、更耐磨、更耐腐蝕，從而提高燃油效率，實現(xiàn)汽車產業(yè)的輕量化升級。納米材料：優(yōu)勢在于具有獨特的量子尺寸效應、表面效應等，能顯著改善材料的力學、光學、電學、磁學等性能。例如，納米二氧化硅添加劑可以顯著提高橡膠輪胎的耐磨性和抓地力，同時降低滾動阻力，促進汽車輪胎產業(yè)的性能提升和環(huán)?；?。生物材料：優(yōu)勢在于具有良好的生物相容性、生物降解性或組織相容性。例如，可降解的聚乳酸（PLA）材料用于制造手術縫合線，在完成其功能后能在體內降解吸收，避免了二次手術取出的需求，推動了醫(yī)療植入物領域的綠色化和人性化升級。三、（示例：合成氨催化劑）組成：通常指鐵基催化劑，主要活性組分是α-鐵，輔以氧化鋁、氧化鉀等助劑。工作原理：在高溫高壓條件下，催化劑表面的鐵原子提供活性位點，通過吸附氮氣分子，降低氮氮三鍵的活化能，促進氮氣與氫氣發(fā)生反應生成氨。關鍵作用：該催化劑極大地降低了合成氨反應所需的活化能，使得在相對較低的溫度和壓力下就能實現(xiàn)工業(yè)化生產，顯著降低了氨的生產成本，使得大規(guī)模生產化肥成為可能，支撐了農業(yè)發(fā)展和糧食安全，是化工產業(yè)升級的里程碑。四、分子診斷技術通過檢測生物樣本中的特定分子（DNA、RNA、蛋白質、代謝物等）來揭示疾病的分子機制、早期篩查、精準分型、療效監(jiān)測和預后評估。應用：基因測序技術可以識別遺傳性疾病風險、指導個體化用藥；蛋白質組學分析可以揭示腫瘤等疾病的生物標志物，用于早期診斷和監(jiān)測病情；分子成像技術可以將分子探針引入體內，實時可視化病灶部位和微環(huán)境，實現(xiàn)精準診斷和治療。產業(yè)升級：這些技術的進步使得疾病診斷從傳統(tǒng)的形態(tài)學診斷向分子水平診斷轉變，實現(xiàn)了從“經(jīng)驗醫(yī)學”到“精準醫(yī)學”的轉變，提高了診斷的準確性和效率，縮短了研發(fā)周期，催生了新的診斷產品和服務，推動了醫(yī)療產業(yè)的創(chuàng)新和高值化發(fā)展。五、（示例：鈣鈦礦太陽能電池材料）工作原理：鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光電轉換效率和可溶液加工性。其工作過程是：當太陽光照射到鈣鈦礦薄膜上時，光子能量激發(fā)產生電子-空穴對；這些載流子在內部電場的作用下分離并定向移動；最終通過外部電路形成電流。優(yōu)勢：相比傳統(tǒng)硅基太陽能電池，鈣鈦礦電池具有效率高（實驗室效率已接近或超過硅基）、制備成本低（可溶液印刷）、可柔性化、顏色可調等優(yōu)點。貢獻：鈣鈦礦太陽能電池技術的快速發(fā)展為開發(fā)低成本、高效、輕質、柔性的太陽能電池提供了新途徑，有望加速太陽能發(fā)電的普及，降低能源成本，優(yōu)化能源結構，為實現(xiàn)碳中和目標做出貢獻。六、AI在分子科學與工程的應用潛力巨大。應用：在分子設計領域，AI可以輔助預測分子結構、性質和活性，加速新藥的發(fā)現(xiàn)和材料的設計；在材料發(fā)現(xiàn)領域，AI可以分析海量實驗數(shù)據(jù)，識別材料結構與性能的關系，指導合成具有特定功能的新型材料；在藥物研發(fā)領域，AI可用于預測藥物靶點、優(yōu)化臨床試驗設計、分析生物醫(yī)學圖像等。變革性影響：AI與分子科學的交叉能夠極大提升研發(fā)效率，降低研發(fā)風險和成本，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法難以找到的創(chuàng)新性分子和材料，推動藥物開發(fā)、新材料創(chuàng)制等領域的加速創(chuàng)新，重塑相關產業(yè)鏈的創(chuàng)新模式和價值鏈。七、挑戰(zhàn)：技術層面，現(xiàn)有分子檢測技術可能存在靈敏度、特異性不足，或需要昂貴的設備；倫理層面，大規(guī)模基因或病原體檢測可能引發(fā)個人隱私泄露和數(shù)據(jù)安全風險；社會接受度層面，公眾可能對檢測結果的解讀、潛在的歧視風險（如就業(yè)、保險）存在擔憂。應對策略：加強技術研發(fā)，提高檢測的準確性和便捷性；建立健全法律法規(guī)和倫理規(guī)范，保護個人隱私和數(shù)據(jù)安全，確保檢測結果的合理使用；加強公眾科普教育，提升社會對分子檢測技術的認知和信任度，促進其健康發(fā)展。八、（示例：分子診斷技術在現(xiàn)代醫(yī)療產業(yè)升級中的作用）產業(yè)：現(xiàn)代醫(yī)療產業(yè)。升級方向：從經(jīng)驗醫(yī)學向精準醫(yī)學轉變，實現(xiàn)診斷治療的個體化、精準化、智能化。實例分析：以liquidbiopsy（液體活檢）為例，該技術通過檢測血液或其他體液中的循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）、腫瘤細胞或外泌體等分子標志物，實現(xiàn)對腫瘤的早期篩查、診斷、實時監(jiān)測和療效評估。分子診斷作用：liquidbiopsy無創(chuàng)、便捷、可重復性強，能夠提供腫瘤的遺傳信息（指導靶向用藥），實時監(jiān)測治療反應（指導方案調整），預測復發(fā)風險。這極大地提升了癌癥診療的精準度和效率，減少了不必要的侵入性檢查和無效治療，改善了患者預后，推動了醫(yī)療服務