2025年大學(xué)《生物技術(shù)》專業(yè)題庫——生物傳感技術(shù)的研究進(jìn)展考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不屬于生物傳感器的典型組成部分？A.敏感元件B.換能器C.信號(hào)放大系統(tǒng)D.生物反應(yīng)器2.利用電極電位變化來檢測特定物質(zhì)濃度的生物傳感器，其換能器類型主要屬于：A.光學(xué)換能器B.電化學(xué)換能器C.壓電換能器D.熱敏換能器3.在生物傳感器的敏感元件中，分子印跡聚合物（MIPs）的主要優(yōu)勢在于：A.可逆性B.生物相容性C.對特定分子具有高度選擇性和可重復(fù)使用的識(shí)別位點(diǎn)D.易于制備4.下列哪種技術(shù)不屬于利用酶催化放大信號(hào)的方法？A.酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（ELISA）B.過氧化物酶介導(dǎo)的化學(xué)發(fā)光C.金屬離子催化比色反應(yīng)D.適配體-抗原競爭免疫分析5.能夠?qū)崿F(xiàn)對生物分子進(jìn)行特異性識(shí)別和富集的智能分子，被稱為：A.酶B.抗體C.適配體D.核酸適配體6.下列哪項(xiàng)不是近年來生物傳感技術(shù)發(fā)展的重要趨勢？A.傳感器微型化和集成化B.降低傳感器制造成本C.提高檢測限至飛摩爾（fM）級別D.減少對專業(yè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的要求7.在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，生物傳感器主要用于快速檢測：A.重金屬離子B.酚類化合物C.氨氮D.以上所有8.以下哪種技術(shù)通常與生物芯片結(jié)合，用于高通量地檢測多種生物分子？A.拉曼光譜技術(shù)B.石英晶體微天平（QCM）技術(shù)C.微流控芯片技術(shù)D.表面等離子體共振（SPR）技術(shù)9.下列關(guān)于納米材料在生物傳感中應(yīng)用的說法，錯(cuò)誤的是：A.可增強(qiáng)傳感器的信號(hào)響應(yīng)B.可用于構(gòu)建新型敏感元件C.易導(dǎo)致生物樣品污染D.量子點(diǎn)因其熒光特性常被用作光學(xué)傳感的標(biāo)記物10.將生物檢測反應(yīng)與微加工技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)樣品處理、反應(yīng)和檢測一體化的小型化分析系統(tǒng)，稱為：A.生物芯片B.微流控芯片C.可穿戴傳感器D.便攜式檢測儀二、填空題（每空1分，共15分）1.生物傳感器通常由______元件和______元件兩部分組成。2.基于抗原抗體特異性結(jié)合原理設(shè)計(jì)的生物傳感器，其敏感元件通常是______或______。3.利用核酸鏈置換反應(yīng)原理構(gòu)建的傳感器，其敏感元件常涉及______和______。4.表面等離子體共振（SPR）技術(shù)作為一種光學(xué)傳感方法，其換能器利用了特定頻率下金屬表面產(chǎn)生的______。5.石英晶體微天平（QCM）作為一種質(zhì)量敏感換能器，其頻率變化與附著在其表面的______成正比。6.在食品安全檢測中，生物傳感器可用于快速檢測______、______和食品添加劑等。7.為了提高生物傳感器的靈敏度和抗干擾能力，常采用______、______等技術(shù)進(jìn)行信號(hào)放大。三、名詞解釋（每題3分，共12分）1.生物敏感元件2.信號(hào)級聯(lián)放大3.適配體4.微流控生物傳感器四、簡答題（每題5分，共10分）1.簡述酶作為生物傳感器敏感元件的基本原理及其主要優(yōu)勢。2.比較光學(xué)換能器和電化學(xué)換能器在生物傳感器中的應(yīng)用特點(diǎn)。五、論述題（每題8分，共16分）1.結(jié)合具體實(shí)例，論述納米材料在提升生物傳感器性能方面的作用。2.試述生物傳感技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷中面臨的主要挑戰(zhàn)及其可能的解決方案。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.D5.C6.C7.D8.C9.C10.B二、填空題1.生物敏感換能2.抗體抗原3.DNARNA4.表面等離子體激元5.質(zhì)量6.病原體毒素7.酶催化電化學(xué)三、名詞解釋1.生物敏感元件：指能夠特異性識(shí)別和/或響應(yīng)目標(biāo)分析物（生物或非生物）的生物分子（如酶、抗體、抗原、核酸、適配體等）或具有類似功能的材料（如分子印跡聚合物），它是生物傳感器的核心部分。2.信號(hào)級聯(lián)放大：指利用一個(gè)分析物分子引發(fā)的連續(xù)的、放大的生物或化學(xué)事件，從而使傳感器信號(hào)產(chǎn)生成倍或指數(shù)級增長的放大策略，常用于提高傳感器的靈敏度。3.適配體：指通過系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（如SELEX）篩選獲得的、能夠特異性結(jié)合特定目標(biāo)分子（小分子或生物大分子）的天然或合成的單鏈核酸（DNA或RNA）或蛋白質(zhì)分子。4.微流控生物傳感器：指將微流控技術(shù)與生物傳感技術(shù)相結(jié)合，在微芯片平臺(tái)上集成樣品處理、生物檢測反應(yīng)和信號(hào)檢測等步驟，實(shí)現(xiàn)對生物分子進(jìn)行高精度、高通量、微型化檢測的分析系統(tǒng)。四、簡答題1.原理：酶作為敏感元件，基于酶對其底物具有高度特異性催化活性的特性。當(dāng)目標(biāo)分析物（底物）與酶結(jié)合并被酶催化時(shí)，會(huì)引發(fā)可測量的信號(hào)變化（如產(chǎn)物生成、酶活性失活等），該信號(hào)的變化量與目標(biāo)分析物的濃度相關(guān)。主要優(yōu)勢：酶具有高效催化、特異性強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，能顯著提高傳感器的選擇性和靈敏度，且成本相對較低。2.光學(xué)換能器：利用物質(zhì)的光學(xué)特性（如吸光、熒光、磷光、散射、干涉等）變化來檢測信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是檢測范圍廣、靈敏度可高、儀器相對成熟；缺點(diǎn)是對環(huán)境光干擾敏感、部分光學(xué)信號(hào)易受樣品顏色或濁度影響。常用于生物親和相互作用、物質(zhì)濃度測定等。電化學(xué)換能器：利用物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)（如電位、電流、電導(dǎo)）變化來檢測信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高（尤其對于電活性物質(zhì)）、儀器設(shè)備相對簡單、成本較低、易于微型化；缺點(diǎn)是易受電極表面污染和電位干擾、對非電活性物質(zhì)檢測需衍生化。常用于檢測氧化還原物質(zhì)、金屬離子、酶活性等。五、論述題1.納米材料在提升生物傳感器性能方面的作用體現(xiàn)在多個(gè)方面。首先，許多納米材料（如金納米顆粒、碳納米管、量子點(diǎn)、納米線等）本身具有優(yōu)異的光學(xué)、電化學(xué)或磁學(xué)等物理化學(xué)性質(zhì)，將它們作為標(biāo)記物或增強(qiáng)劑，可以顯著提高傳感器的信號(hào)強(qiáng)度和靈敏度。例如，金納米顆粒的表面等離激元共振效應(yīng)可增強(qiáng)比色信號(hào)；量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，可用于熒光傳感。其次，納米材料具有巨大的比表面積，可以增加生物敏感元件的負(fù)載量或提供更多的識(shí)別位點(diǎn)，提高傳感器的檢測容量和選擇性。再次，一些納米材料（如碳納米管、石墨烯）具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，將其用于構(gòu)建電化學(xué)傳感器，可以改善電極的電子傳輸性能，提高響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。此外，納米材料的小尺寸和特殊表面性質(zhì)使其易于功能化，可以設(shè)計(jì)出具有特定識(shí)別功能的納米生物探針。最后，納米材料易于與其他技術(shù)（如微流控、比色陣列、表面增強(qiáng)拉曼光譜）結(jié)合，構(gòu)建性能更優(yōu)化的集成式生物傳感器。2.生物傳感技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷中面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①靈敏度與檢測限：對于許多早期診斷或疾病監(jiān)測標(biāo)志物，需要達(dá)到極高的靈敏度和極低的檢測限（甚至pM或fM級別），以滿足臨床早期診斷的需求。②特異性與抗干擾：生物分子之間存在同源性和相似性，確保傳感器對目標(biāo)分析物具有高度特異性，同時(shí)抑制類似物或基質(zhì)干擾物的信號(hào)，是一個(gè)持續(xù)挑戰(zhàn)。③穩(wěn)定性與壽命：生物敏感元件（特別是酶、抗體、活細(xì)胞等）易受環(huán)境因素影響而失活，傳感器的長期穩(wěn)定性和儲(chǔ)存壽命限制了其應(yīng)用。④成本與易用性：許多高性能生物傳感器成本較高，操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員和設(shè)備，不利于在基層醫(yī)療和資源有限地區(qū)普及。⑤標(biāo)準(zhǔn)化與可靠性：缺乏統(tǒng)一的制造、性能評價(jià)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同平臺(tái)間結(jié)果可比性差，臨床應(yīng)用中對其可靠性的驗(yàn)證要求高。⑥實(shí)時(shí)與在線監(jiān)測：實(shí)現(xiàn)體內(nèi)或體外環(huán)境下的實(shí)時(shí)、連續(xù)、無創(chuàng)或微創(chuàng)監(jiān)