2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。）1.下列哪種材料通常被認(rèn)為是零維納米材料？A.納米線B.納米棒C.量子點(diǎn)D.納米孔2.介電限域效應(yīng)是指：A.納米粒子表面電荷重新分布導(dǎo)致表面電勢(shì)變化的現(xiàn)象。B.納米材料尺寸減小導(dǎo)致其介電常數(shù)發(fā)生異常變化的現(xiàn)象。C.納米粒子在電場(chǎng)中受到的力與其尺寸相關(guān)的現(xiàn)象。D.納米材料在特定頻率光照射下產(chǎn)生共振吸收的現(xiàn)象。3.在納米藥物的遞送系統(tǒng)中，利用腫瘤組織特有的酸性環(huán)境觸發(fā)藥物釋放的機(jī)制屬于：A.溫度響應(yīng)性釋放B.pH響應(yīng)性釋放C.酶響應(yīng)性釋放D.時(shí)空控制釋放4.下列哪種成像技術(shù)主要利用納米顆粒（如金納米棒、量子點(diǎn)）對(duì)特定波長(zhǎng)光的強(qiáng)吸收或散射特性來(lái)成像？A.MRI（核磁共振成像）B.CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）C.PET（正電子發(fā)射斷層掃描）D.光學(xué)相干斷層掃描（OCT）及熒光/光聲成像5.碳納米管具有優(yōu)異的機(jī)械性能和導(dǎo)電性，在哪種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中表現(xiàn)突出？A.體內(nèi)長(zhǎng)期追蹤B.作為導(dǎo)電通路促進(jìn)神經(jīng)再生C.體外診斷試劑D.組織工程支架材料6.納米材料進(jìn)入人體內(nèi)環(huán)境后，其表面會(huì)發(fā)生生物化過(guò)程，主要包括：A.晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變B.尺寸減小C.表面官能化D.形態(tài)改變7.以下哪項(xiàng)不是納米材料在組織工程中作為支架材料的主要優(yōu)勢(shì)？A.高比表面積，利于細(xì)胞粘附增殖B.可調(diào)控的孔徑結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能C.易于在體內(nèi)降解，無(wú)殘留毒性D.具有自主運(yùn)動(dòng)的活性8.脂質(zhì)體作為藥物載體，其主要優(yōu)點(diǎn)包括：A.成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)B.可生物降解，通常無(wú)免疫原性C.可有效穿透血腦屏障D.對(duì)多種藥物類型均具有良好的包封率9.在設(shè)計(jì)用于體內(nèi)成像的納米探針時(shí)，除了高對(duì)比度，還需要考慮的關(guān)鍵因素是：A.納米粒子的形狀B.納米粒子的尺寸C.納米粒子的表面修飾（如親水性、長(zhǎng)循環(huán)）D.納米粒子的合成方法10.納米材料的“小尺寸效應(yīng)”和“表面效應(yīng)”共同導(dǎo)致了其不同于宏觀材料的哪些特性？A.量子尺寸效應(yīng)B.高強(qiáng)度、高硬度C.良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性D.易于團(tuán)聚二、填空題（每空2分，共20分。）1.納米材料是指至少有一維在______米量級(jí)范圍內(nèi)的材料。2.量子點(diǎn)作為一種納米半導(dǎo)體粒子，其熒光顏色主要取決于______。3.用于藥物遞送的納米載體需要具備如靶向性、______、生物相容性等關(guān)鍵特性。4.磁性納米粒子（如SPIONs）在磁共振成像中通常作為_(kāi)_____劑使用。5.納米材料與生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA）相互作用后，其表面性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，稱為_(kāi)_____。6.通過(guò)將納米材料與生物大分子（如抗體、適配子）結(jié)合，可以增強(qiáng)納米材料的______能力。7.在納米材料的安全性評(píng)價(jià)中，除了急性毒性，還需要關(guān)注其______和長(zhǎng)期潛在影響。8.納米材料在促進(jìn)傷口愈合和組織再生方面，可以通過(guò)提供生長(zhǎng)因子載體、______等途徑發(fā)揮作用。9.聚合物納米粒（如PLGA納米粒）是常用的藥物遞送載體，其降解產(chǎn)物主要是______。10.兩種或多種納米材料復(fù)合在一起，可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，例如金納米棒與______復(fù)合可用于增強(qiáng)光熱治療效果。三、名詞解釋（每小題4分，共16分。）1.量子限域效應(yīng)2.EPR譜（電子自旋共振譜）3.脂質(zhì)體4.生物相容性四、簡(jiǎn)答題（每小題6分，共18分。）1.簡(jiǎn)述納米材料在生物成像中相比傳統(tǒng)成像探針的主要優(yōu)勢(shì)。2.簡(jiǎn)述影響納米材料生物相容性的主要因素有哪些。3.簡(jiǎn)述納米藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的幾個(gè)關(guān)鍵因素。五、綜合應(yīng)用題（每小題10分，共20分。）1.設(shè)計(jì)一種用于腫瘤靶向成像和光熱治療的納米復(fù)合材料，闡述其設(shè)計(jì)思路、組成成分、預(yù)期作用機(jī)制以及需要注意的生物安全性問(wèn)題。2.闡述利用納米材料構(gòu)建人工細(xì)胞（或類細(xì)胞結(jié)構(gòu)）在組織工程或再生醫(yī)學(xué)中的潛在應(yīng)用和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。）1.C*解析：納米材料按維度分類，零維（0D）材料指粒子在三維空間均處于納米尺度，如量子點(diǎn)、球形納米粒子。一維為納米線/棒，二維為納米片/膜。2.B*解析：當(dāng)物質(zhì)尺寸減小到納米級(jí)時(shí)，其表面原子所占比例急劇增大，表面原子所處的環(huán)境與內(nèi)部原子有很大不同，導(dǎo)致材料的介電常數(shù)等宏觀性質(zhì)出現(xiàn)反常變化，此即介電限域效應(yīng)。3.B*解析：腫瘤組織往往存在酸化微環(huán)境（pH較低），利用這一特性設(shè)計(jì)納米藥物載體，使其在腫瘤部位pH觸發(fā)下改變結(jié)構(gòu)釋放藥物，是pH響應(yīng)性釋放的典型例子。4.D*解析：光學(xué)相干斷層掃描（OCT）利用近紅外光的光學(xué)散射和吸收特性進(jìn)行成像，常結(jié)合熒光標(biāo)記的量子點(diǎn)或光聲成像利用金納米棒等納米材料的共振吸收效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。5.B*解析：碳納米管具有良好的導(dǎo)電性，將其植入神經(jīng)損傷部位，可以部分替代受損的神經(jīng)軸突，作為生物電子通路，促進(jìn)神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)和再生。6.C*解析：納米材料進(jìn)入生物環(huán)境后，其表面會(huì)與水分子、蛋白質(zhì)等生物分子發(fā)生相互作用，導(dǎo)致表面電荷改變、官能團(tuán)增加或覆蓋，形成生物相容性表層，這個(gè)過(guò)程稱為表面生物化。7.D*解析：納米材料作為組織工程支架，其優(yōu)勢(shì)在于高比表面積利于細(xì)胞粘附、可調(diào)控的孔結(jié)構(gòu)利于營(yíng)養(yǎng)傳輸和細(xì)胞遷移、可生物降解及良好的生物相容性。具有自主運(yùn)動(dòng)能力的材料在此場(chǎng)景下并非優(yōu)勢(shì)，甚至可能產(chǎn)生負(fù)面影響。8.B*解析：脂質(zhì)體由磷脂雙分子層構(gòu)成，模擬細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，具有良好的生物相容性、可生物降解（降解產(chǎn)物為脂肪酸和甘油）、包封率高、可被動(dòng)靶向（如EPR效應(yīng)）等優(yōu)點(diǎn)，但成本和規(guī)?；a(chǎn)相對(duì)復(fù)雜，并非所有藥物均易包封，對(duì)帶電荷藥物包封率可能不高。9.C*解析：體內(nèi)成像需要納米探針對(duì)生物組織有足夠高的信號(hào)對(duì)比度，同時(shí)必須考慮其生物安全性，包括血液循環(huán)時(shí)間（長(zhǎng)循環(huán)修飾）、代謝途徑（生物降解性）、免疫原性等，以確保在成像窗口期內(nèi)能夠穩(wěn)定存在于體內(nèi)并被靶點(diǎn)組織攝取或顯像。10.A*解析：“小尺寸效應(yīng)”指納米顆粒尺寸進(jìn)入納米尺度后，其物理化學(xué)性質(zhì)（如熔點(diǎn)、化學(xué)反應(yīng)活性）發(fā)生異常變化；“表面效應(yīng)”指納米顆粒表面原子數(shù)比例巨大，表面原子能量高、活性大，導(dǎo)致表面張力、吸附、催化、腐蝕等性質(zhì)顯著不同于宏觀材料。這兩者共同作用可導(dǎo)致量子尺寸效應(yīng)等新現(xiàn)象。二、填空題（每空2分，共20分。）1.1*解析：納米科技通常指在1-100納米尺度上研究物質(zhì)的特性和應(yīng)用。2.能帶結(jié)構(gòu)（或尺寸）*解析：量子點(diǎn)尺寸減小到其電子波爾半徑尺度時(shí)，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生分立，導(dǎo)致其吸收光譜紅移，熒光發(fā)射峰位藍(lán)移且峰寬，顏色隨尺寸變化。3.控釋性（或靶向性/穩(wěn)定性）*解析：理想的藥物遞送系統(tǒng)應(yīng)具備靶向?qū)⑺幬镙斔偷讲≡?、控制藥物在體內(nèi)釋放速率和部位、以及良好的物理化學(xué)和生物穩(wěn)定性等特性。4.造影（或?qū)Ρ龋?解析：磁性納米粒子（如氧化鐵納米粒子）具有順磁性，在MRI磁場(chǎng)中能產(chǎn)生信號(hào)對(duì)比增強(qiáng)效應(yīng)，作為MRI造影劑用于疾病診斷。5.生物化（或生物相容性修飾）*解析：納米材料與生物環(huán)境相互作用后，其表面物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化以適應(yīng)生物系統(tǒng)，這個(gè)過(guò)程稱為生物化，通常涉及表面惰性化或功能化以改善生物相容性。6.靶向（或特異性富集）*解析：通過(guò)連接特異性識(shí)別分子（如抗體、適配子），可以增強(qiáng)納米載體識(shí)別并結(jié)合特定靶點(diǎn)（如癌細(xì)胞、病灶部位）的能力，實(shí)現(xiàn)靶向遞送。7.長(zhǎng)期毒性（或蓄積效應(yīng)）*解析：納米材料的安全性評(píng)價(jià)不僅關(guān)注短期暴露的毒副反應(yīng)，更需關(guān)注長(zhǎng)期反復(fù)使用或體內(nèi)蓄積可能帶來(lái)的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。8.模板（或引導(dǎo)）*解析：納米材料可以作為模板或引導(dǎo)物，調(diào)控細(xì)胞行為，如引導(dǎo)細(xì)胞定向遷移、排列，或作為生長(zhǎng)因子的支架，促進(jìn)組織再生和修復(fù)。9.乳酸（或其鹽）*解析：聚乳酸（PLA）和聚乙醇酸（PGA）是常用的可生物降解聚合物，其降解產(chǎn)物主要是乳酸或其鹽類，可被人體代謝。10.半導(dǎo)體納米粒子（或量子點(diǎn)）*解析：金納米棒的光熱效應(yīng)依賴于其表面等離激元共振吸收，產(chǎn)生的熱量可用于殺傷癌細(xì)胞。將金納米棒與半導(dǎo)體納米粒子（如量子點(diǎn)）復(fù)合，可以實(shí)現(xiàn)光熱治療與熒光成像的聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)診療一體化。三、名詞解釋（每小題4分，共16分。）1.量子限域效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體納米顆粒的尺寸減小到幾個(gè)納米量級(jí)時(shí)，其束縛電子的能級(jí)從連續(xù)的能帶轉(zhuǎn)變?yōu)榉至⒌哪芗?jí)，能級(jí)間距與粒徑有關(guān)的現(xiàn)象。2.EPR譜（電子自旋共振譜）：一種波譜技術(shù)，用于檢測(cè)含有未成對(duì)電子的原子、分子或固體?？捎糜谘芯孔杂苫?、過(guò)渡金屬離子、自旋標(biāo)記物等，在納米材料（如SPIONs）表征和生物電子自旋探針研究中應(yīng)用廣泛。3.脂質(zhì)體：由磷脂等兩親性分子在水相中自組裝形成的超分子囊泡結(jié)構(gòu)，具有類似細(xì)胞膜的雙分子層，可用于藥物包載和靶向遞送。4.生物相容性：指材料與生物體相互作用時(shí)，不引起嚴(yán)重的組織損傷、免疫排斥反應(yīng)或毒副作用，并能與生物體和諧共處的能力。四、簡(jiǎn)答題（每小題6分，共18分。）1.納米材料在生物成像中相比傳統(tǒng)成像探針的主要優(yōu)勢(shì)：*高對(duì)比度：許多納米材料（如量子點(diǎn)、金納米顆粒）具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)（如高量子產(chǎn)率、強(qiáng)吸收/散射），或磁學(xué)性質(zhì)，可顯著增強(qiáng)成像信號(hào)。*多模態(tài)成像：?jiǎn)我患{米探針可集成多種成像功能（如熒光+光聲、磁共振成像），實(shí)現(xiàn)多信息融合診斷。*靶向能力：可通過(guò)表面修飾實(shí)現(xiàn)納米探針對(duì)特定病灶（如腫瘤）的靶向富集，提高圖像質(zhì)量和特異性。*高靈敏度：納米材料可檢測(cè)到極低濃度的生物標(biāo)志物，提高診斷的早期發(fā)現(xiàn)能力。*可功能性：部分納米探針還可結(jié)合治療功能（如光熱、放療），實(shí)現(xiàn)診療一體化。2.簡(jiǎn)述影響納米材料生物相容性的主要因素有哪些。*納米材料的理化性質(zhì)：如尺寸、形狀、表面化學(xué)組成、表面電荷、表面官能團(tuán)等。通常尺寸越小、表面親水性越好、表面修飾越能有效降低生物毒性。*納米材料的穩(wěn)定性：在生物體內(nèi)的降解速率和產(chǎn)物性質(zhì)。可生物降解且降解產(chǎn)物無(wú)毒的材料生物相容性較好。*納米材料的團(tuán)聚情況：分散良好的納米材料通常比易團(tuán)聚的材料具有更好的生物相容性。*體內(nèi)分布和代謝途徑：納米材料在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間、被哪個(gè)器官（如肝、脾）清除、代謝產(chǎn)物等都會(huì)影響其長(zhǎng)期生物相容性。*接觸劑量和暴露時(shí)間：納米材料的毒性往往與劑量和暴露時(shí)間相關(guān)。3.簡(jiǎn)述納米藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的幾個(gè)關(guān)鍵因素。*藥物性質(zhì)：藥物的溶解度、穩(wěn)定性、分子量、靶向性等。*靶向性：設(shè)計(jì)能夠識(shí)別并富集于病灶部位的靶向moiety（如抗體、適配子、多肽）。*控釋性：設(shè)計(jì)能夠根據(jù)需要（如pH、溫度、酶、光等）控制藥物釋放的機(jī)制和速率。*生物相容性與安全性：載體材料需無(wú)毒、無(wú)免疫原性或低免疫原性，降解產(chǎn)物安全。*穩(wěn)定性：在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和體內(nèi)循環(huán)過(guò)程中保持結(jié)構(gòu)和藥物包載的穩(wěn)定。*遞送效率：載體對(duì)藥物的包封率和載藥量，以及將藥物有效遞送到靶部位的效率。*生產(chǎn)成本與可規(guī)?；狠d體材料的來(lái)源、制備工藝的復(fù)雜性和成本。五、綜合應(yīng)用題（每小題10分，共20分。）1.設(shè)計(jì)一種用于腫瘤靶向成像和光熱治療的納米復(fù)合材料，闡述其設(shè)計(jì)思路、組成成分、預(yù)期作用機(jī)制以及需要注意的生物安全性問(wèn)題。*設(shè)計(jì)思路：利用納米材料的多功能化設(shè)計(jì)，將成像單元和光熱轉(zhuǎn)換單元集成于一體，并賦予其腫瘤靶向能力。*組成成分：以氧化鐵納米粒子（SPIONs）作為核心，其既是MRI造影劑，也能在近紅外光（NIR）照射下產(chǎn)生光熱效應(yīng)。表面修飾連接長(zhǎng)循環(huán)分子（如聚乙二醇PEG）以延長(zhǎng)血循環(huán)時(shí)間，并連接靶向分子（如葉酸，因其高表達(dá)于某些腫瘤細(xì)胞表面）以實(shí)現(xiàn)靶向。*預(yù)期作用機(jī)制：*成像：SPIONs進(jìn)入血液循環(huán)后，主要被肝脾清除，部分通過(guò)EPR效應(yīng)積聚在腫瘤組織。在MRI掃描時(shí)，腫瘤區(qū)域信號(hào)增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)可視化定位。*光熱治療：在腫瘤部位給予近紅外激光照射，SPIONs吸收NIR光能，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，局部溫度升高至足以殺死癌細(xì)胞的熱閾值，實(shí)現(xiàn)腫瘤消融。*靶向：連接的葉酸分子能特異性識(shí)別并綁定腫瘤細(xì)胞表面的葉酸受體，使復(fù)合材料富集于腫瘤部位，提高成像靈敏度和治療效率。*生物安全性問(wèn)題：需要注意SPIONs的尺寸和表面修飾是否足夠小以保證良好的生物相容性；PEG修飾是否能有效防止免疫清除；材料在體內(nèi)的降解產(chǎn)物（如氧化鐵）的安全性；激光照射的能量密度和時(shí)間需要精確控制，避免對(duì)周圍正常組織造成損傷；長(zhǎng)期滯留體內(nèi)可能帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。2.闡述利用納米材料構(gòu)建人工細(xì)胞（或類細(xì)胞結(jié)構(gòu)）在組織工程或再生醫(yī)學(xué)中的潛在應(yīng)用和面臨的挑戰(zhàn)。*潛在應(yīng)用：*模擬細(xì)胞功能：人工細(xì)胞或類細(xì)胞結(jié)構(gòu)可以模擬真實(shí)細(xì)胞的某些功能，如物質(zhì)