2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——分子仿生技術(shù)在工程中的應(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。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.分子仿生學(xué)的研究核心是（）。A.研究分子的結(jié)構(gòu)B.研究分子的合成方法C.模仿生物系統(tǒng)的原理解決工程問(wèn)題D.研究生命現(xiàn)象的本質(zhì)2.下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于自組裝技術(shù)的主要范疇？（）A.DNAorigamiB.膠體粒子晶體C.超分子聚合D.傳統(tǒng)的宏觀材料塑性變形3.在分子仿生催化領(lǐng)域，利用酶作為催化劑的主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.反應(yīng)速率極快B.條件要求非常溫和（如溫度、壓力）C.選擇性極高，副產(chǎn)物少D.成本極低，易于大規(guī)模生產(chǎn)4.模仿荷葉表面超疏水特性的涂層主要應(yīng)用于（）。A.高效催化劑B.自清潔表面C.生物傳感器D.高溫隔熱材料5.下列哪項(xiàng)不是分子仿生技術(shù)在能源工程領(lǐng)域的一個(gè)研究方向？（）A.模仿光合作用的光電轉(zhuǎn)換材料B.模仿生物燃料電池的設(shè)計(jì)C.模仿鳥(niǎo)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高效風(fēng)力渦輪機(jī)D.模仿電化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)制的新型電池6.超分子化學(xué)在分子仿生中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在利用（）。A.共價(jià)鍵形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)B.非共價(jià)鍵（如氫鍵、范德華力、π-π相互作用）構(gòu)建動(dòng)態(tài)、可調(diào)控的分子組裝體C.重金屬離子作為主要連接單元D.大分子鏈的交聯(lián)7.仿生傳感器的設(shè)計(jì)往往借鑒了生物體哪些方面的特性？（）A.高效的信息處理與傳遞B.高靈敏度的環(huán)境感知C.快速的運(yùn)動(dòng)能力D.強(qiáng)大的物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)8.“分子開(kāi)關(guān)”和“分子機(jī)器”在分子仿生學(xué)中通常指（）。A.大型蛋白質(zhì)分子B.能夠在外界刺激下發(fā)生可逆構(gòu)型變化或執(zhí)行特定功能的超分子組裝體或分子器件C.具有特殊光學(xué)性質(zhì)的有機(jī)染料D.具有催化活性的無(wú)機(jī)納米粒子9.模仿細(xì)胞膜選擇性通透功能的分子器件主要解決了工程系統(tǒng)中（）的問(wèn)題。A.高溫耐久性B.能量高效轉(zhuǎn)換C.物質(zhì)選擇性分離與運(yùn)輸D.結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度10.將生物體的結(jié)構(gòu)、功能或過(guò)程啟發(fā)表征到人工系統(tǒng)中，體現(xiàn)了分子仿生學(xué)的（）原則。A.模仿（Mimicry）B.最優(yōu)化（Optimization）C.創(chuàng)造（Creation）D.適應(yīng)（Adaptation）二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線(xiàn)處）1.分子仿生學(xué)是介于__________學(xué)和__________學(xué)之間的交叉學(xué)科領(lǐng)域。2.自組裝是指分子或納米粒子在__________或__________等非平衡驅(qū)動(dòng)下，自發(fā)形成有序或無(wú)序結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。3.酶作為生物催化劑，其仿生應(yīng)用的關(guān)鍵在于模擬其__________和__________。4.模仿生物礦化過(guò)程制備仿生材料，通常利用生物模板控制__________的形貌、尺寸和分布。5.分子仿生傳感器通常具有__________、__________和__________等特點(diǎn)。6.“智能材料”是分子仿生技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方向，它們通常具有對(duì)__________或__________等外界刺激做出可測(cè)響應(yīng)的特性。7.分子仿生技術(shù)在環(huán)境工程中可應(yīng)用于__________和__________等領(lǐng)域。8.分子邏輯門(mén)是利用分子間的相互作用構(gòu)建的能夠執(zhí)行基本邏輯運(yùn)算（如與、或、非）的__________。9.超分子化學(xué)為分子仿生器件提供了重要的構(gòu)筑模塊和__________。10.分子仿生技術(shù)的發(fā)展面臨著__________、__________和__________等挑戰(zhàn)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述分子仿生學(xué)與傳統(tǒng)材料科學(xué)在研究思路上主要的不同之處。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明自組裝技術(shù)在構(gòu)建納米級(jí)仿生結(jié)構(gòu)時(shí)的優(yōu)勢(shì)。3.以一個(gè)具體實(shí)例，簡(jiǎn)要說(shuō)明酶工程如何應(yīng)用于分子仿生技術(shù)。4.簡(jiǎn)述分子仿生傳感器的基本工作原理。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述分子仿生技術(shù)在家用電器或消費(fèi)電子產(chǎn)品中有哪些潛在的應(yīng)用前景，并選擇其中一個(gè)方面進(jìn)行具體闡述。2.比較分析利用DNA自組裝和利用膠體粒子自組裝構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)在原理、方法和應(yīng)用上的主要異同點(diǎn)。3.結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展趨勢(shì)，論述分子仿生技術(shù)在未來(lái)能源領(lǐng)域可能扮演的角色以及需要克服的主要障礙。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.B5.C6.B7.B8.B9.C10.A二、填空題1.生物學(xué)化學(xué)2.自發(fā)自然界3.高效性環(huán)境友好性4.相對(duì)論5.高靈敏度高選擇性可重復(fù)使用6.化學(xué)物理7.污水處理環(huán)境監(jiān)測(cè)8.分子器件9.驅(qū)動(dòng)機(jī)制10.成本高效性可控性三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比傳統(tǒng)材料科學(xué)主要關(guān)注從原子、分子出發(fā)設(shè)計(jì)合成具有特定宏觀性能的新材料，而分子仿生學(xué)更側(cè)重于從生物系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)、功能、過(guò)程）中汲取靈感，利用生物體系已有的成功模式來(lái)指導(dǎo)人工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)模仿和學(xué)習(xí)生物的智慧。2.解析思路：自組裝無(wú)需精密的納米加工設(shè)備，利用分子間相互作用力即可自發(fā)形成結(jié)構(gòu)，具有成本低、效率高、可制備復(fù)雜或周期性結(jié)構(gòu)、易于形成功能化的超分子體系等優(yōu)點(diǎn)。3.解析思路：例如，利用固定化酶技術(shù)模擬生物催化過(guò)程，將工業(yè)生產(chǎn)中需要酶催化但難以回收利用的酶固定在載體上，實(shí)現(xiàn)酶的重復(fù)使用，降低成本，提高效率，這體現(xiàn)了對(duì)生物催化原理的仿生應(yīng)用。4.解析思路：分子仿生傳感器通常利用對(duì)特定目標(biāo)物具有高選擇性識(shí)別能力的分子（如抗體、核酸適配體、超分子探針）作為識(shí)別元件，當(dāng)目標(biāo)物與識(shí)別元件結(jié)合時(shí)，會(huì)引起傳感器信號(hào)（如光學(xué)、電化學(xué)、壓電等）的變化，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)變化實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)。四、論述題1.解析思路：在家用電器或消費(fèi)電子產(chǎn)品中，分子仿生技術(shù)可應(yīng)用于自清潔表面（模仿荷葉）、防污涂層（模仿沙漠甲蟲(chóng)）、智能調(diào)光玻璃（模仿蝴蝶翅膀）、高效催化劑（用于小型電器能量轉(zhuǎn)換）、微型傳感器（用于環(huán)境監(jiān)測(cè)）等方面。具體闡述可選擇自清潔表面，說(shuō)明其工作原理（超疏水/超疏油涂層）、優(yōu)勢(shì)（易于清潔、持久耐用）及在家電（如手機(jī)屏幕、眼鏡、廚具）中的應(yīng)用實(shí)例。2.解析思路：比較DNA自組裝和膠體粒子自組裝時(shí)，需分別說(shuō)明其原理（DNA堿基互補(bǔ)配對(duì)驅(qū)動(dòng)vs.膠體粒子間的范德華力、靜電作用等物理相互作用驅(qū)動(dòng)）、常用材料（DNA鏈、連接臂vs.金屬納米顆粒、聚合物微球等）、可構(gòu)建結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（精確周期性、復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)vs.大尺寸、松散結(jié)構(gòu)）、合成條件（通常需特定緩沖液、溫度、離子條件vs.對(duì)環(huán)境要求相對(duì)寬松）、主要應(yīng)用領(lǐng)域（納米電子學(xué)、生物檢測(cè)vs.光子晶體、藥物遞送）等異同點(diǎn)。3.解析思路：