2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——環(huán)境污染物分子探測技術考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.分子印跡技術2.適配體傳感3.拉曼光譜4.生物傳感5.持久性有機污染物（POPs）二、填空題（每空1分，共20分）1.環(huán)境污染物分子探測技術主要涉及對______、______和______等污染物的檢測。2.原子吸收光譜法主要用于測定環(huán)境樣品中的______，其原理基于氣態(tài)基態(tài)原子對特定頻率輻射的______。3.熒光法探測污染物時，常用的信號增強策略包括______和______等。4.電化學傳感器中，將電信號轉(zhuǎn)換為核心物質(zhì)量的變化通常通過______、______或______等電化學效應實現(xiàn)。5.納米材料，如______、______和______等，因其獨特的物理化學性質(zhì)，在提高污染物探測的靈敏度與選擇性方面顯示出巨大潛力。6.基于抗體作為識別元件的免疫分析法具有______高、特異性強的優(yōu)點。7.DNA分子印跡技術利用______與目標分子之間的特異性識別作用，構(gòu)建具有特定識別位點的分子印跡聚合物。8.環(huán)境樣品前處理是保證分子探測結(jié)果準確性的關鍵步驟，常用的方法有______、______和______等。9.分子探測技術的性能指標主要包括靈敏度、______、______和______等。10.隨著微流控技術的發(fā)展，環(huán)境污染物即時在線（on-site）監(jiān)測系統(tǒng)正朝著______、______的方向發(fā)展。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述熒光法探測污染物的基本原理及其優(yōu)點。2.簡述酶免疫分析法（EIA）的原理及其在環(huán)境監(jiān)測中的應用。3.簡述納米材料在環(huán)境污染物傳感中的應用優(yōu)勢。4.簡述選擇合適的分子探測技術時需要考慮的主要因素。四、論述題（每小題10分，共30分）1.論述電化學傳感器在水中重金屬離子檢測中的應用現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)。2.論述適配體技術在環(huán)境污染物檢測中的獨特優(yōu)勢及其設計應用的要點。3.論述環(huán)境污染物分子探測技術的發(fā)展趨勢及其對環(huán)境保護的意義。---試卷答案一、名詞解釋1.分子印跡技術：一種通過模板分子（目標污染物）與功能單體在聚合過程中形成特定識別位點，從而在聚合物中“印跡”出與模板分子結(jié)構(gòu)互補的孔道或空腔的技術，使其對模板分子具有高度的選擇性識別能力。2.適配體傳感：利用核酸適配體（ssDNA或RNA）或蛋白質(zhì)適配體（如抗體）作為識別元件，通過與目標分析物特異性結(jié)合產(chǎn)生可測信號變化，實現(xiàn)對特定分子（包括環(huán)境污染物）的識別和檢測的技術。3.拉曼光譜：一種基于分子振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷的散射光譜技術，通過探測物質(zhì)在非彈性拉曼散射中頻率發(fā)生偏移的光譜信息來獲取分子結(jié)構(gòu)信息，可用于物質(zhì)的定性分析和定量檢測。4.生物傳感：利用生物材料（如酶、抗體、抗原、核酸、細胞、組織等）作為識別元件，將其與適當?shù)男盘栟D(zhuǎn)換器結(jié)合，構(gòu)成能夠?qū)⑸镒R別反應轉(zhuǎn)換為可測量信號（如電信號、光學信號等）的檢測裝置。5.持久性有機污染物（POPs）：指那些持久存在于環(huán)境中、難以降解、具有生物蓄積性、可通過食物鏈富集并對人類健康和環(huán)境造成危害的有機化合物，如滴滴涕（DDT）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）等。二、填空題1.重金屬，有機污染物，氣體污染物2.元素，吸收3.共振光增強（或表面等離激元共振），時間分辨熒光4.電化學氧化還原，離子選擇性，壓電5.金屬納米顆粒，碳納米材料（或石墨烯），量子點6.高7.探針分子8.去除干擾物，提取目標物，濃縮富集9.選擇性，穩(wěn)定性，響應時間10.微型化，智能化三、簡答題1.原理：利用污染物分子與熒光探針分子間的相互作用（如結(jié)合、猝滅、釋放等）導致探針分子熒光強度、波長、壽命等特性的變化，通過檢測這些變化來定性或定量分析污染物。優(yōu)點：靈敏度高（可檢測ppb甚至ppt水平）、儀器設備相對簡單、操作便捷、可進行實時檢測等。2.原理：將酶的催化活性與抗原抗體特異性識別反應相結(jié)合。將酶標記在抗體或抗原上，當環(huán)境樣品中存在目標污染物（作為抗原）時，它與酶標抗體結(jié)合，形成“污染物-抗體-酶”復合物。隨后加入底物，酶催化底物反應產(chǎn)生可測信號（如顏色變化），信號強度與污染物濃度相關。應用：可用于水體、土壤、食品中特定污染物的定量或半定量檢測。3.優(yōu)勢：①高比表面積和巨大的比電容，可提供更多識別位點，提高傳感器的靈敏度和響應速度；②優(yōu)異的光學、電學、磁學等物理化學性質(zhì)，可用于信號放大、猝滅或作為傳感平臺；③易于功能化改性，增強與目標物的相互作用；④優(yōu)異的穩(wěn)定性，有利于傳感器的長期使用和重復性。4.考慮因素：①污染物的性質(zhì)：種類、濃度、存在形態(tài)、生物毒性等；②識別元件的選擇性：要求對目標污染物有高特異性，避免干擾物影響；③傳感器的性能：靈敏度、檢測限、響應時間、穩(wěn)定性、選擇性、重現(xiàn)性等；④應用場景：是在實驗室還是現(xiàn)場檢測？樣品基質(zhì)復雜度？是否需要便攜式或在線監(jiān)測？⑤成本和操作便利性：技術成熟度、設備成本、操作復雜程度、維護要求等。四、論述題1.應用現(xiàn)狀：電化學傳感器因其靈敏度高、響應快、易于微型化、成本相對較低等優(yōu)點，在水體重金屬離子（如鉛、汞、鎘、砷等）檢測方面得到廣泛應用。常見的類型包括基于電極表面修飾（如納米材料、分子印跡聚合物、適配體）的伏安傳感器、電化學阻抗傳感器等。通過選擇合適的修飾材料和檢測模式，可實現(xiàn)對多種重金屬離子的高靈敏度檢測。面臨的挑戰(zhàn)：①環(huán)境樣品基質(zhì)復雜：水體中存在大量共存離子和有機物，易產(chǎn)生干擾，影響檢測選擇性；②選擇性問題：許多重金屬離子化學性質(zhì)相似，難以實現(xiàn)完全區(qū)分；③檢測限：對于痕量甚至超痕量重金屬的檢測，現(xiàn)有傳感器的靈敏度仍有待提高；④穩(wěn)定性和重現(xiàn)性：傳感器在實際應用中可能面臨腐蝕、生物污染等問題，影響其長期穩(wěn)定性和批間重現(xiàn)性；⑤成型與集成：將傳感器小型化、集成化，并應用于現(xiàn)場快速檢測仍面臨技術挑戰(zhàn)。2.獨特優(yōu)勢：①高度特異性：適配體（特別是核糖核酸適配體，RNA）通過體外篩選技術（SELEX）可以從龐大的核酸庫中篩選出與特定目標分子（包括小分子污染物、蛋白質(zhì)、細菌等）具有極高特異性和親和力的分子，其識別機制與抗體類似但分子結(jié)構(gòu)不同；②易于獲取和改造：適配體來源廣泛（基因工程易生產(chǎn)），且其核糖核苷酸序列可以根據(jù)需要進行修改，以優(yōu)化其識別性能或結(jié)合特性；③穩(wěn)定性好：RNA適配體可以通過化學修飾（如硫代化）或改造為更穩(wěn)定的分子（如鎖核酸LNA、類適配體分子）來提高其在復雜環(huán)境中的穩(wěn)定性；④應用多樣性：除了直接檢測小分子污染物，適配體還可作為捕獲探針用于樣品前處理、構(gòu)建多重檢測陣列、開發(fā)生物傳感器和生物芯片等。設計應用的要點：①目標分子的選擇：選擇合適的靶標分子是適配體篩選成功的關鍵；②適配體篩選方法：常用的有SELEX技術，包括固相篩選、磁珠篩選、流式細胞術篩選等；③信號報告系統(tǒng)：需要將適配體與信號轉(zhuǎn)換器（如電化學探針、熒光染料、酶、納米顆粒等）有效結(jié)合，構(gòu)建可輸出可測信號的傳感器；④適配體固定與構(gòu)象：適配體在傳感界面上的固定方式和空間構(gòu)象會影響其識別性能；⑤優(yōu)化與改進：通過化學修飾、多適配體結(jié)合、與納米材料復合等方式提高適配體傳感器的性能。3.發(fā)展趨勢：①高靈敏度與高選擇性：通過納米技術（如納米材料增強）、分子工程（如優(yōu)化適配體/探針設計）、信號放大策略（如酶催化鏈式反應、納米粒子催化等）進一步提升檢測能力；②微型化與便攜化：結(jié)合微流控、可穿戴設備等技術，開發(fā)小型化、自動化、操作簡便的現(xiàn)場快速檢測設備；③智能化與網(wǎng)絡化：集成人工智能、大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)自動識別、結(jié)果智能判讀、數(shù)據(jù)無線傳輸與云平臺管理；④多參數(shù)同步檢測：開發(fā)能夠同時檢測多種污染物或污染物與生物標志物的檢測平臺或