2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——化學傳感器技術在智能健康中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項前的字母填在題后的括號內）1.下列哪一項不屬于化學傳感器的基本組成部分？(A)敏感材料(B)換能器(C)信號處理電路(D)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2.在酶傳感器中，酶的作用主要是？(A)作為換能材料(B)改變傳感器的響應頻率(C)催化目標分析物發(fā)生特異性反應，產生可測信號(D)提供能量供應3.對于血糖監(jiān)測這種需要長期植入人體的應用，對傳感器材料的生物相容性要求最高。(A)正確(B)錯誤4.下列哪種類型的化學傳感器主要基于電化學原理檢測目標分子？(A)比色傳感器(B)熒光傳感器(C)電位傳感器或伏安傳感器(D)表面等離子體共振傳感器5.以下哪項技術不屬于化學傳感器制造中常用的微納加工技術？(A)光刻技術(B)噴墨打印技術(C)沉積技術（如濺射、旋涂）(D)石英晶體微天平技術6.在分析化學傳感器性能時，“檢測限”（LOD）指的是？(A)傳感器能夠準確區(qū)分的最小濃度差異(B)傳感器能夠可靠檢測到的最低濃度或相關信號(C)傳感器輸出信號達到飽和時的濃度(D)傳感器響應時間的一半7.某公司研發(fā)了一種通過檢測呼出氣體中特定揮發(fā)性有機化合物（VOCs）濃度來輔助診斷呼吸系統(tǒng)疾病的化學傳感器系統(tǒng)。該應用主要利用了化學傳感器的哪種特性？(A)選擇性(B)穩(wěn)定性(C)靈敏度(D)響應時間8.將化學傳感器與微處理器、無線通信模塊等集成，構成了現(xiàn)代智能健康監(jiān)測設備的核心。這種集成體現(xiàn)了化學傳感器技術的什么發(fā)展趨勢？(A)單一功能化(B)多參數(shù)集成化(C)智能化與網絡化(D)大型化9.利用電化學阻抗譜（EIS）技術研究傳感器界面性質和反應過程，這主要利用了化學傳感器的哪種測量方式？(A)電位測量(B)電流測量(C)阻抗測量(D)光強測量10.下列哪項不是當前化學傳感器在智能健康領域面臨的主要挑戰(zhàn)？(A)提高長期使用的穩(wěn)定性和生物相容性(B)降低傳感器成本以實現(xiàn)大規(guī)模普及(C)實現(xiàn)高靈敏度和高選擇性以應對復雜生物環(huán)境(D)開發(fā)能夠處理海量傳感器數(shù)據(jù)的云計算平臺（此項與傳感器本身技術挑戰(zhàn)關聯(lián)度較低）二、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.傳感器的檢測限（LOD）2.酶傳感器3.表面增強拉曼光譜（SERS）4.智能穿戴設備中的化學傳感器5.交叉敏感三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述電化學傳感器的基本工作原理。2.列舉三種不同類型的化學傳感器，并簡述它們各自在智能健康監(jiān)測中的一種具體應用。3.為什么說化學傳感器技術在個性化醫(yī)療領域具有巨大潛力？4.在設計和評價用于體內長期監(jiān)測的化學傳感器時，需要重點考慮哪些關鍵性能指標？四、論述題（每小題10分，共30分）1.論述將化學傳感器技術與納米材料相結合，在提升智能健康監(jiān)測性能方面可能帶來的優(yōu)勢。2.以血糖監(jiān)測為例，分析從傳統(tǒng)體外檢測到現(xiàn)代無創(chuàng)/植入式體內監(jiān)測技術發(fā)展的關鍵科學問題和技術挑戰(zhàn)。3.結合當前科技發(fā)展趨勢，探討化學傳感器技術在未來智慧醫(yī)療體系中可能扮演的角色和發(fā)揮的作用。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(C)3.(A)4.(C)5.(D)6.(B)7.(A)8.(C)9.(C)10.(D)二、名詞解釋1.傳感器的檢測限（LOD）：指傳感器能夠可靠地檢測到目標分析物的最低濃度或產生可探測信號所需的最低分析物量，通常定義為信號噪聲比（S/N）為3或2時對應的濃度。2.酶傳感器：利用酶作為敏感物質，通過酶催化目標分析物發(fā)生特異性反應，導致傳感器信號（如電信號、光學信號等）發(fā)生可測變化，從而實現(xiàn)對目標分析物進行定量檢測的一種化學傳感器。3.表面增強拉曼光譜（SERS）：一種基于貴金屬納米結構（如金、銀）表面等增強效應的拉曼光譜技術，能夠極大地放大拉曼信號（可達10^6-10^8倍），從而實現(xiàn)對痕量分析物的高靈敏度檢測，常用于生物分子檢測和身份識別。4.智能穿戴設備中的化學傳感器：集成在智能手表、手環(huán)、可穿戴貼片等便攜式或可穿戴設備中的化學傳感器，用于實時監(jiān)測佩戴者體內的生理信息（如血糖、乳酸、酒精）或外部的環(huán)境信息（如空氣質量），并將數(shù)據(jù)傳輸至智能設備進行處理和顯示。5.交叉敏感：指化學傳感器對目標分析物以外的其他物質也產生響應的現(xiàn)象，即傳感器選擇性不高，容易受到共存物質的干擾。三、簡答題1.電化學傳感器的基本工作原理：電化學傳感器通過電活性物質（分析物）與傳感器敏感材料發(fā)生電化學反應（如氧化還原反應、離子交換等），導致傳感器界面處的電化學狀態(tài)發(fā)生變化，進而引起可測量的電信號（如電位、電流、電荷）的變化。該電信號的變化與目標分析物的濃度之間存在一定的函數(shù)關系，通過測量電信號并校準，即可實現(xiàn)對分析物的定量檢測。常見的測量方式包括電位測量（如離子選擇性電極）、電流測量（如安培ometry、庫侖ometry）和電導/阻抗測量等。2.列舉三種不同類型的化學傳感器及其應用：*電化學傳感器：用于實時監(jiān)測血糖水平（如葡萄糖biosensor）。*光學傳感器：用于檢測呼出氣體中的乙醛，輔助診斷酒精中毒或肝病。*質量型傳感器：如石英晶體微天平（QCM），用于監(jiān)測生物分子（如DNA、蛋白質）的吸附和相互作用，可用于傳染病快速檢測。3.化學傳感器技術在個性化醫(yī)療領域具有巨大潛力，因為它們能夠無創(chuàng)或微創(chuàng)地實時監(jiān)測個體生理狀態(tài)的細微變化（如基因表達、代謝物水平、激素濃度等），這些變化是疾病發(fā)生發(fā)展的早期指標或與個體對治療的反應相關。通過長期、連續(xù)的監(jiān)測，可以獲得個體化的健康數(shù)據(jù)，為疾病的早期預警、精準診斷、個性化治療方案制定及療效評估提供關鍵信息，從而推動從“一刀切”治療向“量身定制”醫(yī)療的轉變。4.設計和評價用于體內長期監(jiān)測的化學傳感器時，需要重點考慮的關鍵性能指標包括：①生物相容性（無毒、無免疫原性、無細胞毒性）；②長期穩(wěn)定性（在體內生理環(huán)境下保持性能不衰減）；③高靈敏度和選擇性（能有效檢測目標分子，不受干擾）；④合適的響應時間和恢復時間；⑤尺寸微型化（減小對生物組織的壓迫和影響）；⑥能量供應與無線傳輸能力（便于長期自主工作）；⑦封裝保護（防止體液侵蝕和生物降解）；⑧植入/佩戴的舒適性和安全性。四、論述題1.將化學傳感器技術與納米材料相結合，在提升智能健康監(jiān)測性能方面可能帶來的優(yōu)勢：納米材料（如碳納米管、納米金、量子點、納米線等）具有優(yōu)異的物理化學性質，如巨大的比表面積、獨特的電學/光學特性、良好的生物相容性（部分）以及易于功能化修飾等。將這些納米材料應用于化學傳感器敏感層或基底，可以顯著提高傳感器的靈敏度（通過增強信號轉換或增大有效接觸面積）、選擇性（通過表面修飾實現(xiàn)對特定生物標志物的識別）、響應速度（利用納米材料的快速電子傳輸特性）和生物相容性。此外，納米技術還有助于實現(xiàn)傳感器的微型化、網絡化和集成化，開發(fā)出更小、更強大、更智能的可穿戴或植入式健康監(jiān)測設備，為實時、精準、無創(chuàng)甚至微創(chuàng)的健康監(jiān)測提供可能。2.以血糖監(jiān)測為例，分析從傳統(tǒng)體外檢測到現(xiàn)代無創(chuàng)/植入式體內監(jiān)測技術發(fā)展的關鍵科學問題和技術挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)體外檢測（如血糖儀）操作相對復雜，需抽血，無法實現(xiàn)實時連續(xù)監(jiān)測，且可能受運動、情緒等因素影響。向體內監(jiān)測發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)：①無創(chuàng)技術的挑戰(zhàn)：如何無創(chuàng)或微創(chuàng)地穿透皮膚組織（如角質層），實現(xiàn)足夠高的血糖濃度梯度，以檢測到微弱的信號；如何克服組織間的散射和吸收，提高信號質量和信噪比；如何實現(xiàn)高時空分辨率和長期穩(wěn)定性；如何降低設備成本和功耗。②植入式技術的挑戰(zhàn)：傳感器材料的長期生物相容性和安全性；長期植入引發(fā)的免疫反應和組織encapsulation問題；體內微環(huán)境（如離子強度、pH）對傳感器性能的影響及補償；能量供應問題（電池壽命、無線充電）；信號傳輸?shù)母蓴_和噪聲問題；植入手術的創(chuàng)傷和感染風險；設備的長期穩(wěn)定性和可靠性。這些都需要材料科學、電化學、光學、生物醫(yī)學工程等多學科的交叉攻關。3.結合當前科技發(fā)展趨勢，探討化學傳感器技術在未來智慧醫(yī)療體系中可能扮演的角色和發(fā)揮的作用：在未來的智慧醫(yī)療體系中，化學傳感器技術將扮演著信息獲取的核心角色。它將作為“感官”網絡，廣泛部署于從醫(yī)院到家庭、從城市到偏遠地區(qū)的各個場景，實現(xiàn)對個體健康和群體環(huán)境狀態(tài)的全面、實時、精準監(jiān)測。具體作用包括：①個人健康監(jiān)護：通過可穿戴、植入式傳感器持續(xù)監(jiān)測生理參數(shù)（血糖、血壓、心電、呼吸氣體等）、代謝物、藥物濃度等，為個人提供即時健康反饋和預警，支持慢性病管理和慢病預防。②智慧醫(yī)院與臨床決策支持：在手術室、ICU、病房等環(huán)境中，用于實時監(jiān)測患者生命體征和病情變化，輔助醫(yī)生進行精準診斷和動態(tài)治療調整；用于環(huán)境監(jiān)測（如空氣病原體、消毒劑殘留），保障醫(yī)療安全。③藥物研發(fā)