2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——生物醫(yī)用材料中的分子工程應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共30分）1.下列哪項不屬于分子工程在生物醫(yī)用材料設(shè)計中的核心目標(biāo)？A.提高材料的生物相容性B.實現(xiàn)材料性能的精確調(diào)控C.降低材料的制備成本D.控制材料的分子尺度結(jié)構(gòu)2.用于血液接觸的生物醫(yī)用材料，其分子工程設(shè)計的首要關(guān)注點通常是？A.材料的機械強度B.材料的降解速率C.材料的血液相容性，防止凝血和炎癥反應(yīng)D.材料的化學(xué)穩(wěn)定性3.生物材料表面改性中，利用化學(xué)鍵合方式引入親水基團（如-OH,-COOH）的主要目的是？A.提高材料的耐磨性B.增強材料的導(dǎo)電性C.改善材料與細胞或體液的相互作用，提高生物相容性D.加快材料的降解速度4.在組織工程中，用于構(gòu)建細胞三維支架的材料，其分子結(jié)構(gòu)設(shè)計需要重點考慮？A.分子量的大小B.分子鏈的柔順性C.支架的孔隙率、孔徑分布及表面化學(xué)性質(zhì)，以利于細胞粘附、增殖和遷移D.材料的顏色和透明度5.脂質(zhì)體作為藥物遞送系統(tǒng)，其形成主要依賴于？A.水分子的氫鍵作用B.脂質(zhì)分子自身的分子間作用力（范德華力、疏水作用）C.電荷相互作用D.與生物組織的化學(xué)反應(yīng)6.設(shè)計用于局部緩釋藥物的生物醫(yī)用材料時，分子工程需要考慮的關(guān)鍵因素包括？A.藥物的理化性質(zhì)、劑量、治療窗口B.藥物的釋放速率和部位C.材料的生物相容性和降解性D.以上所有因素7.以下哪種方法不屬于典型的材料表面物理氣相沉積技術(shù)？A.濺射沉積B.溶膠-凝膠法C.電子束蒸發(fā)D.熱氧化8.適配體（Aptamer）分子工程在生物傳感器中的應(yīng)用主要是利用其？A.特定的光學(xué)性質(zhì)B.特定的催化活性C.與特定目標(biāo)分子（如蛋白質(zhì)、小分子）具有高親和力和特異性結(jié)合的能力D.生物可降解性9.對于可降解生物醫(yī)用材料，分子工程需要平衡其降解速率與？A.材料的力學(xué)性能B.組織的再生速度C.降解產(chǎn)物的生物相容性D.以上所有10.智能響應(yīng)性生物醫(yī)用材料是指能夠?qū)μ囟ㄉ锘蚧瘜W(xué)刺激（如pH、溫度、酶）發(fā)生可逆的宏觀響應(yīng)的材料，其分子設(shè)計的關(guān)鍵在于？A.引入具有特定響應(yīng)功能的分子基團或結(jié)構(gòu)B.構(gòu)建具有特定空間構(gòu)型的分子體系C.選擇具有良好生物相容性的載體材料D.以上所有11.在設(shè)計組織工程支架時，模仿天然細胞外基質(zhì)（ECM）的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)通常是分子工程的重要策略，這主要是為了？A.提高支架的力學(xué)強度B.模擬生理環(huán)境，引導(dǎo)細胞行為C.加快材料的降解D.方便材料的加工成型12.生物相容性評價中，細胞毒性測試是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其目的是評估材料？A.與組織的粘附能力B.引發(fā)免疫反應(yīng)的程度C.在生物體內(nèi)引起毒副作用的可能性和程度D.材料的降解產(chǎn)物是否無害13.下列哪種生物醫(yī)用材料通常需要考慮其血液相容性，尤其是抗凝血性能？A.骨植入材料B.人工心臟瓣膜C.組織工程支架D.皮膚修復(fù)膜14.分子印跡技術(shù)用于制備生物傳感器或藥物載體，其核心優(yōu)勢在于能夠？A.制備具有高比表面積的材料B.制備具有特定孔道結(jié)構(gòu)的材料C.在材料內(nèi)部或表面形成對特定目標(biāo)分子具有高選擇性和識別性的識別位點D.實現(xiàn)材料的快速降解15.生物醫(yī)用材料分子工程的研究范疇，以下哪項描述最為全面？A.僅關(guān)注材料的化學(xué)合成方法B.僅關(guān)注材料的物理性能測試C.關(guān)注材料分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制備及其與生物系統(tǒng)相互作用的機制，以及性能的調(diào)控和應(yīng)用D.僅關(guān)注材料的臨床應(yīng)用效果二、填空題（每空1分，共15分）1.分子工程在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的一個核心目標(biāo)是實現(xiàn)材料性能的________和________。2.提高植入材料生物相容性的常用分子工程策略包括表面________和引入生物活性分子等。3.組織工程支架材料通常需要具備良好的生物相容性、適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能、可控的________和________。4.藥物遞送載體設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)包括載體的材料性質(zhì)、靶向性、________和________。5.仿生學(xué)是生物醫(yī)用材料分子工程的重要思想來源，旨在模仿生物體的________和________來設(shè)計新材料。6.生物材料與體液接觸時，分子層面的相互作用，如________和________，對材料的整體生物相容性有重要影響。7.可降解生物醫(yī)用材料在完成其生物功能后，應(yīng)通過________途徑被人體安全清除。8.表面改性是調(diào)控生物材料表面性質(zhì)的重要手段，常用的方法有物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、________和光刻技術(shù)等。9.用于基因遞送的載體需要具備保護核酸、介導(dǎo)細胞內(nèi)吞、釋放基因并能靶向遞送等能力，常利用________材料或脂質(zhì)體。10.分子識別是許多生物醫(yī)用材料（如傳感器、藥物載體）功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，常見的識別元件包括抗體、適配體和________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述表面改性技術(shù)如何改善生物醫(yī)用材料的生物相容性。2.闡述分子工程在可降解生物醫(yī)用材料設(shè)計中的主要考量因素。3.簡要說明組織工程支架材料需要具備哪些關(guān)鍵的分子結(jié)構(gòu)特征。4.比較說明聚合物納米粒和脂質(zhì)體作為藥物遞送載體各有哪些主要的優(yōu)缺點。四、論述題（每題15分，共30分）1.結(jié)合具體實例，論述分子工程思想在提高植入材料（如人工關(guān)節(jié)、血管支架）生物相容性方面的應(yīng)用。2.試述設(shè)計一種用于糖尿病監(jiān)測的生物傳感器時，分子工程需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.B6.D7.B8.C9.D10.A11.B12.C13.B14.C15.C二、填空題1.精確調(diào)控,可控2.改性3.孔隙結(jié)構(gòu),降解性能4.釋放速率,靶向效率5.結(jié)構(gòu),功能6.水化層,疏水/親水相互作用7.降解8.溶膠-凝膠法9.聚合物10.核酸適配體三、簡答題1.答案要點：通過表面改性（如物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法、等離子體處理等）可以在材料表面引入親水基團（如-OH,-COOH）增加表面能，改善材料與水的接觸；引入疏水基團或特定生物活性分子（如細胞粘附肽、生長因子）可以調(diào)控細胞附著、增殖和分化；通過控制表面電荷調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)吸附和細胞行為；構(gòu)建超雙親或超疏水表面減少蛋白質(zhì)吸附，抑制生物膜形成。最終目標(biāo)是通過調(diào)控表面化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)，使材料表面性質(zhì)更接近生理環(huán)境，減少免疫排斥和毒副作用，提高生物相容性。解析思路：考察對表面改性技術(shù)原理及其對生物相容性影響的理解。需從改性方法入手，闡述不同改性方式如何改變表面性質(zhì)（如親疏水性、表面電荷、化學(xué)組成），并解釋這些性質(zhì)變化如何影響蛋白質(zhì)吸附、細胞粘附/行為、炎癥反應(yīng)等，最終導(dǎo)向生物相容性的改善。2.答案要點：分子工程在可降解生物醫(yī)用材料設(shè)計中的考量因素包括：①材料化學(xué)組成選擇，需選用生物可降解單體（如聚乳酸PLA、聚乙醇酸PGA、聚己內(nèi)酯PCL等），并考慮其降解產(chǎn)物（如乳酸、乙醇酸）的生物相容性和代謝途徑；②分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，調(diào)控分子量大小影響降解速率，設(shè)計嵌段共聚物或接枝共聚物可調(diào)節(jié)降解行為和性能（如力學(xué)性能、降解速率）；③降解速率與生理環(huán)境（如pH、酶）的匹配，確保材料在完成其生物功能（如提供力學(xué)支撐）后，降解速率與組織再生速率相協(xié)調(diào)；④材料降解過程中性能的穩(wěn)定性，避免過早或過快降解導(dǎo)致植入失敗或引發(fā)炎癥；⑤降解產(chǎn)物清除途徑，確保降解產(chǎn)物能被機體有效代謝和排出。解析思路：考察對可降解材料設(shè)計核心要素的理解。需涵蓋材料選擇（單體、生物相容性）、結(jié)構(gòu)設(shè)計（分子量、共聚）、性能調(diào)控（降解速率、力學(xué)）、環(huán)境適應(yīng)性（pH、酶）以及降解產(chǎn)物處理等關(guān)鍵方面。3.答案要點：組織工程支架材料需要具備的分子結(jié)構(gòu)特征：①化學(xué)組成仿生，含有與天然細胞外基質(zhì)（ECM）相似的生物活性大分子（如膠原、纖連蛋白、層粘連蛋白等）或其模擬物（如明膠、殼聚糖），以及相應(yīng)的氨基酸序列或糖苷序列，以提供細胞粘附和信號識別位點；②物理結(jié)構(gòu)仿生，具有適宜的孔隙率（>50%）和孔徑分布（微米級大孔+亞微米級孔道），形成良好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利于細胞遷移、營養(yǎng)物質(zhì)的擴散和廢物的排出；③表面化學(xué)仿生，表面帶有與ECM相似的化學(xué)信號（如RGD肽序列），引導(dǎo)細胞粘附、定向增殖、分化及合成新的ECM，同時可能負載生長因子等生物活性分子；④分子力學(xué)性能，分子結(jié)構(gòu)需能賦予支架一定的初始力學(xué)強度，并能隨著細胞增殖和ECM沉積逐漸增強，模擬組織原位環(huán)境。解析思路：考察對組織工程支架仿生設(shè)計原則的理解。需從化學(xué)組成、物理結(jié)構(gòu)（孔道）、表面化學(xué)（信號）和力學(xué)性能四個維度，闡述支架分子結(jié)構(gòu)設(shè)計如何模仿天然ECM的特征，以滿足細胞生存、增殖、遷移和組織再生的需求。4.答案要點：聚合物納米粒作為藥物載體優(yōu)點：尺寸?。ㄍǔ?lt;100nm），易于跨越生物屏障（如血腦屏障）；比表面積大，載藥量相對較高；可進行表面功能化修飾，實現(xiàn)靶向遞送和控釋；材料選擇范圍廣，可設(shè)計多種理化性質(zhì)。缺點：可能存在免疫原性或引起細胞毒性；包覆不均勻可能導(dǎo)致藥物泄漏；體內(nèi)行為（如循環(huán)時間、代謝途徑）受尺寸和表面性質(zhì)影響較大，需精細調(diào)控；制備工藝復(fù)雜，成本可能較高。脂質(zhì)體作為藥物載體優(yōu)點：生物相容性好，可被巨噬細胞吞噬（EPR效應(yīng)），實現(xiàn)腫瘤被動靶向；具有生物膜結(jié)構(gòu)，可提高藥物穩(wěn)定性，實現(xiàn)包埋和緩釋；表面可修飾，實現(xiàn)主動靶向或長循環(huán)。缺點：穩(wěn)定性相對較差（易融合或滲漏），循環(huán)時間短；載藥量通常低于聚合物納米粒；可能引起溶血毒性，尤其對大單層脂質(zhì)體；制備過程需控制條件避免藥物泄漏。解析思路：考察對不同類型藥物載體優(yōu)缺點的比較能力。需分別列出聚合物納米粒和脂質(zhì)體在生物相容性、尺寸效應(yīng)、靶向性、載藥量、穩(wěn)定性、體內(nèi)行為、制備等方面各自的優(yōu)勢和局限性，并進行簡要對比。四、論述題1.答案要點：分子工程通過精確設(shè)計材料表面化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)，顯著提高了植入材料的生物相容性。例如，對于人工關(guān)節(jié)（如鈦合金、涂層材料），通過離子注入、等離子體噴涂或溶膠-凝膠法在表面沉積羥基磷灰石（HA）涂層，利用其與骨組織化學(xué)成分的相似性，形成化學(xué)鍵合，增強骨-材料界面的結(jié)合力，提高生物相容性和骨整合效果，減少植入后的松動和排斥反應(yīng)。對于血管支架，通過分子設(shè)計在其表面修飾抗血栓分子（如肝素、凝血酶抑制劑）或抑制平滑肌細胞過度增殖的分子（如siRNA、特定肽段），可以有效減少血栓形成和再狹窄，改善長期通暢率。此外，設(shè)計具有智能響應(yīng)性的表面涂層，如能響應(yīng)局部pH變化釋放抗生素的涂層，可用于預(yù)防感染；或能響應(yīng)力學(xué)應(yīng)力釋放生長因子的涂層，促進血管內(nèi)皮化。這些基于分子工程的設(shè)計策略，旨在使植入材料不僅滿足力學(xué)要求，更能與生物環(huán)境和諧共處，實現(xiàn)功能性生物整合。解析思路：要求結(jié)合具體實例（人工關(guān)節(jié)、血管支架），闡述分子工程（表面改性方法、引入的功能分子）如何解決植入材料在生物相容性（骨整合、抗血栓、抗感染、促內(nèi)皮化）方面的挑戰(zhàn)，并解釋其作用機制（化學(xué)鍵合、分子識別、信號調(diào)控），體現(xiàn)分子工程在改善植入效果中的核心作用。2.答案要點：設(shè)計用于糖尿病監(jiān)測的生物傳感器時，分子工程面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括：①高靈敏度和特異性識別血糖分子（葡萄糖）的識別元件設(shè)計與制備：需要利用分子印跡、抗體工程、核酸適配體技術(shù)等，制備出對葡萄糖具有高選擇性（抗其他糖類干擾）和高靈敏度（能檢測低濃度血糖）的識別位點。分子工程需關(guān)注識別元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、與目標(biāo)分子的結(jié)合動力學(xué)和熱力學(xué)，以及在實際生物環(huán)境中的穩(wěn)定性。②穩(wěn)定的傳感界面構(gòu)建：識別元件需要與傳感能力強的基底材料（如電極材料）有效結(jié)合，形成穩(wěn)定、可重復(fù)使用的傳感界面。分子工程需解決界面相容性、電子/離子信號有效傳遞等問題，確保長期使用的穩(wěn)定性和可靠性。③生物環(huán)境適應(yīng)性與抗干擾：傳感器需在復(fù)雜的體液環(huán)境（血液、汗液）中穩(wěn)定工作，能抵抗血液中高濃度電解質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂類等的干擾。分子工程需通過材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計（如增加保護層）、表面修飾（如親水化、抗蛋白吸附）等策略提高傳感器的抗干擾能力。④實時、無創(chuàng)或微創(chuàng)檢測技術(shù)的實現(xiàn)：