2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——納米生物學(xué)對健康產(chǎn)業(yè)的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項(xiàng)不屬于納米材料特有的物理效應(yīng)？A.量子尺寸效應(yīng)B.表面效應(yīng)C.小尺寸效應(yīng)D.分子間作用力效應(yīng)2.在納米生物學(xué)研究中，量子點(diǎn)常被用作生物標(biāo)志物的標(biāo)記，其主要優(yōu)勢在于？A.生物相容性極佳B.可實(shí)現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測C.成本極低D.易于在體內(nèi)長期降解3.下列哪種納米載體因其良好的生物相容性和可控性，在藥物遞送領(lǐng)域應(yīng)用廣泛？A.金納米棒B.脂質(zhì)體C.碳納米管D.石墨烯量子點(diǎn)4.納米材料在疾病診斷中可用于增強(qiáng)成像效果，例如利用其表面等離子體共振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光散射或熒光增強(qiáng)，其中最典型的材料是？A.量子點(diǎn)B.金納米粒子C.上轉(zhuǎn)換納米粒子D.二氧化硅納米粒子5.組織工程中，納米結(jié)構(gòu)化的生物支架有助于細(xì)胞的附著、增殖和分化，這主要是利用了納米材料對細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境的模擬作用，以下哪種材料常被用于制備此類支架？A.聚乙二醇（PEG）B.氫氧化鈦納米管C.聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）D.碳納米纖維6.靶向藥物遞送系統(tǒng)旨在將藥物集中于病灶部位，以提高療效并降低副作用。實(shí)現(xiàn)靶向性的主要機(jī)制包括？A.主動(dòng)靶向（如抗體修飾）、被動(dòng)靶向（如EPR效應(yīng)）B.提高藥物溶解度、增強(qiáng)納米粒穩(wěn)定性C.縮小納米粒尺寸、增加表面電荷D.提高藥物代謝速率、增強(qiáng)機(jī)體免疫力7.下列哪項(xiàng)不是納米生物技術(shù)應(yīng)用中需要重點(diǎn)考慮的生物安全問題？A.納米顆粒的細(xì)胞毒性B.納米顆粒在體內(nèi)的蓄積和排泄C.納米顆粒對生殖系統(tǒng)的影響D.藥物遞送系統(tǒng)的成本效益8.納米生物傳感器在疾病早期診斷中具有巨大潛力，其基本原理是？A.利用納米材料的高比表面積富集生物標(biāo)志物B.基于納米材料與目標(biāo)分析物之間的特異性相互作用引發(fā)可測量的信號變化C.通過納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)樣本的高通量處理D.利用納米材料的磁響應(yīng)性進(jìn)行分離富集9.CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)雖然強(qiáng)大，但在臨床應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.基因編輯的特異性不足易引發(fā)脫靶效應(yīng)B.基因編輯操作過程過于簡單C.基因編輯技術(shù)成本極低D.基因編輯的倫理爭議較小10.隨著納米生物技術(shù)的發(fā)展，對其可能帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估和監(jiān)管變得越來越重要，其中關(guān)注的重點(diǎn)可能包括？A.納米顆粒在生產(chǎn)過程中的能耗問題B.納米顆粒進(jìn)入環(huán)境后的生物降解性、生態(tài)毒性以及對食物鏈的影響C.納米材料的回收再利用技術(shù)D.納米技術(shù)專利的歸屬問題二、填空題1.納米生物學(xué)是研究__________在納米尺度下的生物學(xué)行為以及利用納米技術(shù)開發(fā)生物技術(shù)的交叉學(xué)科領(lǐng)域。2.能夠?qū)⑺幬锘蚧钚苑肿影邢蜻f送到特定細(xì)胞或組織的納米載體被稱為__________。3.利用納米材料作為探針或傳感器，通過檢測與目標(biāo)生物分子相互作用引發(fā)的信號變化，實(shí)現(xiàn)對特定生物分子或疾病的__________。4.某些納米材料在光照下能吸收光能并產(chǎn)生電子-空穴對，這種現(xiàn)象被稱為__________，在光動(dòng)力治療中有應(yīng)用潛力。5.納米材料的__________效應(yīng)使其在小尺寸下表現(xiàn)出與宏觀材料不同的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)。6.在組織工程中，具有與細(xì)胞外基質(zhì)相似的__________和__________的納米結(jié)構(gòu)化材料，能夠更好地引導(dǎo)細(xì)胞行為，促進(jìn)組織再生。7.由于納米材料尺寸與細(xì)胞、甚至生物大分子尺寸相當(dāng)，它們與生物系統(tǒng)的相互作用更為復(fù)雜，需要特別關(guān)注其潛在的__________和__________問題。三、名詞解釋1.主動(dòng)靶向2.脂質(zhì)體3.納米成像4.量子尺寸效應(yīng)5.生物相容性四、簡答題1.簡述納米材料在提高腫瘤藥物治療效果方面的主要優(yōu)勢。2.簡述一種納米生物傳感器的基本工作原理及其在疾病診斷中的潛在應(yīng)用。3.簡述納米生物技術(shù)發(fā)展所面臨的倫理挑戰(zhàn)之一，并提出可能的應(yīng)對思路。五、論述題1.論述納米顆粒在體內(nèi)外的生物相容性問題，并分析影響其生物相容性的主要因素。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述納米技術(shù)在再生醫(yī)學(xué)（如組織工程、器官修復(fù)）領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向及其面臨的挑戰(zhàn)與前景。---試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.B6.A7.D8.B9.A10.B二、填空題1.生命系統(tǒng)2.靶向藥物遞送系統(tǒng)/靶向納米載體3.檢測/定量檢測4.光致發(fā)光/光催化5.量子尺寸效應(yīng)6.納米結(jié)構(gòu)/納米形貌；力學(xué)性能/機(jī)械性能7.生物安全性/健康風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)三、名詞解釋1.主動(dòng)靶向：指利用修飾在納米載體表面能與特定靶點(diǎn)（如過表達(dá)的受體、酶、細(xì)胞等）特異性結(jié)合的分子（如抗體、多肽、適配體等），使納米載體能夠主動(dòng)地、選擇性地富集于病灶部位的技術(shù)。2.脂質(zhì)體：由磷脂雙分子層構(gòu)成的囊泡狀結(jié)構(gòu)，類似于細(xì)胞膜，具有良好的生物相容性和膜流動(dòng)性，可用于藥物遞送、基因轉(zhuǎn)染和免疫佐劑等。3.納米成像：利用納米材料作為成像探針，由于其獨(dú)特的光學(xué)、磁學(xué)或核磁共振信號，實(shí)現(xiàn)對生物樣品（如細(xì)胞、組織）內(nèi)部結(jié)構(gòu)、分子分布或生理過程的可視化檢測技術(shù)。4.量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米粒子的尺寸減小到納米量級時(shí)，其量子受限效應(yīng)導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得導(dǎo)電性、光學(xué)吸收光譜等性質(zhì)不同于體相材料。5.生物相容性：指納米材料與生物體（如細(xì)胞、組織、器官）接觸時(shí)，能夠表現(xiàn)出良好的相互作用（如無明顯毒性、炎癥反應(yīng)），并在體內(nèi)能夠安全代謝或排出體外的能力。四、簡答題1.納米材料在提高腫瘤藥物治療效果方面的主要優(yōu)勢：*增強(qiáng)靶向性：利用納米載體（如聚合物膠束、金納米粒、脂質(zhì)體等）將藥物靶向遞送到腫瘤部位，減少對正常組織的損傷。例如，利用腫瘤組織的EPR效應(yīng)（增強(qiáng)滲透和滯留效應(yīng)）使親水性納米載體在腫瘤中富集。*提高藥物溶解度：許多抗腫瘤藥物為疏水性，難以溶解，制成納米制劑（如納米乳劑）可以顯著提高其水溶性，從而增加藥物在血液中的循環(huán)時(shí)間和生物利用度。*控制藥物釋放：納米載體可以設(shè)計(jì)成具有響應(yīng)性（如pH敏感、溫度敏感、酶敏感）或控釋功能，使藥物在腫瘤微環(huán)境（如低pH、高谷胱甘肽濃度）或特定條件下緩慢、持續(xù)釋放，提高療效并減少毒副作用。*降低藥物毒性：通過靶向遞送和控釋，將藥物濃度集中于腫瘤部位，減少藥物在全身的分布，從而降低對肝、腎、骨髓等正常器官的毒性。*聯(lián)合用藥：納米載體可以同時(shí)裝載多種藥物（包括化療藥、放療增敏劑、免疫檢查點(diǎn)抑制劑等），實(shí)現(xiàn)協(xié)同治療，提高腫瘤治療的綜合療效。2.一種納米生物傳感器的基本工作原理及其在疾病診斷中的潛在應(yīng)用：*基本工作原理：納米生物傳感器通常由兩部分組成：敏感元件（納米材料或納米結(jié)構(gòu)）和信號轉(zhuǎn)換器。敏感元件用于識別和捕獲目標(biāo)分析物（如特定的蛋白質(zhì)、核酸、小分子代謝物等），當(dāng)目標(biāo)分析物與敏感元件發(fā)生特異性相互作用時(shí)，會(huì)引起敏感元件的物理化學(xué)性質(zhì)（如光學(xué)信號、電信號、表面等離子體共振等）發(fā)生可測量的變化。信號轉(zhuǎn)換器則將這種微弱的信號放大并轉(zhuǎn)換為可讀出的信號（如光強(qiáng)、電流、電壓等），從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)分析物的定量檢測。常見的原理包括：納米材料與目標(biāo)物相互作用導(dǎo)致的光學(xué)信號變化（熒光猝滅/增強(qiáng)、光吸收變化）、納米粒子聚集/分散導(dǎo)致的表面等離子體共振（SPR）變化、基于納米結(jié)構(gòu)電極的電化學(xué)信號變化等。*潛在應(yīng)用：納米生物傳感器因其高靈敏度、高選擇性、快速響應(yīng)、便攜性等優(yōu)點(diǎn)，在疾病早期診斷中具有巨大潛力。例如：利用金納米粒子或量子點(diǎn)作為探針檢測血液或體液中的腫瘤標(biāo)志物（如癌胚抗原CEA、甲胎蛋白AFP）；利用DNA納米結(jié)構(gòu)或石墨烯場效應(yīng)晶體管（GFET）檢測病原體的核酸（如病毒RNA、細(xì)菌DNA）；利用納米酶或納米傳感器檢測體內(nèi)氧化應(yīng)激標(biāo)志物或炎癥相關(guān)分子，用于預(yù)測或診斷相關(guān)疾?。ㄈ缣悄虿?、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病）。3.納米生物技術(shù)發(fā)展所面臨的倫理挑戰(zhàn)之一，并提出可能的應(yīng)對思路：*倫理挑戰(zhàn)：基因編輯技術(shù)（如CRISPR-Cas9）的廣泛應(yīng)用引發(fā)了關(guān)于“設(shè)計(jì)嬰兒”、改變?nèi)祟惢驇扉L期影響的倫理爭議。特別是對生殖細(xì)胞系的基因編輯，其改變可能是遺傳性的，會(huì)傳遞給后代，可能帶來不可預(yù)測的后果，并對社會(huì)公平和人類多樣性構(gòu)成潛在威脅。*應(yīng)對思路：*建立國際性的倫理規(guī)范和監(jiān)管框架，明確基因編輯技術(shù)的應(yīng)用邊界，特別是禁止對生殖細(xì)胞系的非治療性編輯。*加強(qiáng)公眾科普教育，提高社會(huì)對基因編輯技術(shù)原理、潛在風(fēng)險(xiǎn)和倫理問題的認(rèn)識，促進(jìn)社會(huì)參與和理性討論。*實(shí)行嚴(yán)格的科研審查和監(jiān)管制度，對涉及人類遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多層級審批和監(jiān)督，確保技術(shù)用于正當(dāng)目的。*鼓勵(lì)跨學(xué)科對話，讓科學(xué)家、倫理學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、法律專家和公眾共同參與決策過程，平衡科技進(jìn)步與社會(huì)倫理。五、論述題1.論述納米顆粒在體內(nèi)外的生物相容性問題，并分析影響其生物相容性的主要因素：納米顆粒在體內(nèi)的生物相容性是一個(gè)復(fù)雜的問題，它不僅關(guān)系到納米材料本身，還與納米顆粒的理化性質(zhì)、劑量、給藥途徑、在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間以及與生物系統(tǒng)的相互作用密切相關(guān)。生物相容性良好意味著納米顆粒進(jìn)入生物系統(tǒng)后不會(huì)引起明顯的毒副反應(yīng)，能夠被安全代謝或排出體外。*生物相容性問題表現(xiàn)：*急性毒性：大劑量或短時(shí)間內(nèi)輸入的納米顆?？赡芤鹑硇远拘苑磻?yīng)，如組織炎癥、器官損傷（肝、腎、肺）等。*長期毒性：長期滯留在體內(nèi)的納米顆?？赡艹掷m(xù)引發(fā)低度炎癥反應(yīng)，或因在特定器官（如肝臟、脾臟）過度蓄積而造成器官負(fù)擔(dān)。*免疫原性/過敏性：部分納米材料或其表面修飾物可能被免疫系統(tǒng)識別為異物，引發(fā)免疫反應(yīng)甚至過敏。*遺傳毒性：某些納米顆粒（如氧化石墨烯）可能干擾DNA復(fù)制和修復(fù)，導(dǎo)致基因突變。*內(nèi)分泌干擾：少數(shù)納米顆?？赡芨蓴_體內(nèi)正常的激素調(diào)節(jié)。*影響生物相容性的主要因素：*納米顆粒的理化性質(zhì)：*尺寸與形貌：納米顆粒的尺寸（尤其是小于100nm）和形狀會(huì)影響其在體內(nèi)的分布、循環(huán)時(shí)間和細(xì)胞攝取效率，進(jìn)而影響其生物相容性。通常較小的顆粒更容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES，主要在肝臟和脾臟）清除。*表面化學(xué)組成與官能團(tuán)：納米顆粒表面的化學(xué)性質(zhì)（如電荷、親疏水性、存在官能團(tuán)）決定了其與生物分子的相互作用方式。例如，表面電荷影響納米顆粒的聚集和細(xì)胞吸附；表面修飾（如PEGylation）可以提高生物相容性和降低免疫原性。*材料本身的生物惰性：聚合物（如PLGA）、惰性金屬（如金）或一些生物來源材料（如殼聚糖）通常具有較好的生物相容性，而一些無機(jī)材料（如某些金屬氧化物、碳納米管）可能引起更高的生物反應(yīng)性。*劑量與給藥途徑：納米顆粒的濃度和給藥頻率是決定其毒性的重要因素。不同的給藥途徑（如靜脈注射、口服、皮膚透皮）會(huì)導(dǎo)致納米顆粒在體內(nèi)的不同分布和代謝途徑，影響其生物相容性。*體內(nèi)循環(huán)時(shí)間：納米顆粒在血液中的停留時(shí)間與其被清除的速度和潛在的生物效應(yīng)密切相關(guān)。長循環(huán)時(shí)間可能增加蓄積風(fēng)險(xiǎn)。*與生物系統(tǒng)的相互作用：納米顆粒會(huì)與血液中的蛋白質(zhì)（如白蛋白）發(fā)生相互作用，形成蛋白質(zhì)冠，這會(huì)影響其穩(wěn)定性、靶向性和免疫原性。與細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞）的相互作用也是評估生物相容性的關(guān)鍵。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述納米技術(shù)在再生醫(yī)學(xué)（如組織工程、器官修復(fù)）領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向及其面臨的挑戰(zhàn)與前景：納米技術(shù)為再生醫(yī)學(xué)提供了新的工具和策略，旨在構(gòu)建具有功能性和生物相容性的組織替代物或促進(jìn)體內(nèi)組織自愈，其主要應(yīng)用方向和面臨的挑戰(zhàn)與前景如下：*主要應(yīng)用方向：*納米結(jié)構(gòu)化生物支架：利用納米技術(shù)（如自組裝、模板法、3D打印）制備具有特定納米尺度孔徑、表面形貌和化學(xué)組成的生物支架。這些支架能夠更好地模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的微環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的粘附、增殖、分化和遷移，引導(dǎo)組織再生。例如，利用靜電紡絲制備具有納米纖維結(jié)構(gòu)的聚合物支架，用于皮膚、肌腱等組織的修復(fù)；利用納米壓印或自組裝技術(shù)制備具有有序納米圖案的支架，用于神經(jīng)組織工程。*納米藥物/生長因子遞送系統(tǒng)：將促進(jìn)血管生成、細(xì)胞增殖、分化、抑制炎癥等關(guān)鍵的生長因子或藥物負(fù)載到納米載體中，實(shí)現(xiàn)其靶向遞送和控釋。這可以提高治療效率，減少劑量和副作用。例如，將血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）負(fù)載到納米顆粒中，促進(jìn)缺血性組織的血管再生；將骨形成蛋白（BMP）負(fù)載到生物可降解納米支架中，用于骨缺損修復(fù)。*納米探針用于組織監(jiān)測：利用納米材料（如量子點(diǎn)、上轉(zhuǎn)換納米粒子、金納米簇）作為探針，實(shí)現(xiàn)對組織修復(fù)過程中細(xì)胞活性、血管生成、藥物分布等生物學(xué)指標(biāo)的實(shí)時(shí)、原位、高靈敏度監(jiān)測，為再生治療提供反饋信息。*增強(qiáng)細(xì)胞治