2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——微流體技術在生物醫(yī)學中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填寫在答題紙上。）1.微流控芯片通常指特征尺寸在哪個范圍內(nèi)的流體操控裝置？A.毫米級B.微米級C.納米級D.厘米級2.驅(qū)動微流體芯片中流體流動的主要方式是？A.電磁驅(qū)動B.磁力驅(qū)動C.壓力驅(qū)動D.化學驅(qū)動3.制造微流控芯片常用的柔性材料是？A.硅片B.聚二甲基硅氧烷(PDMS)C.玻璃D.聚丙烯(PP)4.在生物醫(yī)學檢測中，微流控技術主要優(yōu)勢之一是？A.可進行大規(guī)模并行處理B.對昂貴設備依賴性極高C.操作復雜，需要大量專業(yè)人員D.樣品消耗量巨大5.即時診斷(POCT)在微流控技術中的應用主要體現(xiàn)在？A.基因測序B.快速病原體檢測C.大型研究中心樣品分析D.藥物合成研發(fā)6.微流控技術應用于高通量篩選，其主要目的是？A.制造微型化醫(yī)療設備B.精確控制藥物釋放C.大幅提高篩選化合物數(shù)量和效率D.模擬復雜生理環(huán)境7.組織工程中，微流控芯片可以用來？A.制造人工心臟B.模擬血管內(nèi)血流環(huán)境C.直接培育完整器官D.提供細胞培養(yǎng)的宏觀環(huán)境8.微流控芯片進行生物樣本處理時，常利用什么原理實現(xiàn)分離？A.依從性差異B.電化學活性差異C.重力沉降D.密度差異9.將微流體技術與資源化學結(jié)合，可能涉及利用微流控技術從哪種樣品中提取特定成分？A.空氣B.海水C.植物葉片D.以上都是10.微流控芯片面臨的挑戰(zhàn)之一是？A.制造工藝過于簡單B.能耗過高C.標準化程度高D.應用場景單一二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.微流控技術利用了流體在__________特征尺寸通道內(nèi)的獨特行為。2.__________是一種將流體控制功能集成在微小芯片上的技術。3.微流控芯片通常由上下兩層結(jié)構組成，常用__________材料制作上層，便于功能集成和封合。4.在生物醫(yī)學領域，微流控技術可用于__________和__________等方面。5.__________是指在接近患者檢測地點進行即時診斷的技術。6.微流控器官芯片能夠模擬__________的體外模型。7.為了實現(xiàn)微量樣品高效利用，微流控技術采用__________和__________的策略。8.__________是指在芯片上集成能夠執(zhí)行特定生物或化學操作的功能單元。9.微流控芯片的設計需要考慮流體的__________、____________和__________等因素。10.微流控技術與材料化學的結(jié)合，涉及__________的選擇及其對生物相容性的影響。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請將答案填寫在答題紙上。）1.微流控2.通道(Channel)3.即時診斷(POCT)4.器官芯片(Organ-on-a-Chip)5.功能集成(FunctionalIntegration)四、簡答題（每小題5分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.簡述壓力驅(qū)動型微流控芯片的工作原理。2.微流控技術在生物醫(yī)學檢測中相比傳統(tǒng)檢測方法有哪些主要優(yōu)勢？3.簡述微流控技術在組織工程中的應用價值。4.結(jié)合資源化學專業(yè)，談談微流控技術在生物資源開發(fā)利用方面可能的應用方向。五、論述題（每小題10分，共30分。請將答案填寫在答題紙上。）1.論述微流控技術在發(fā)展高通量藥物篩選方面的潛力和面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實例，論述微流控芯片在即時診斷(POCT)領域的應用前景。3.從資源化學的角度出發(fā)，論述微流體技術與生物醫(yī)學交叉領域未來可能的研究方向和機遇。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.A5.B6.C7.B8.A9.D10.B二、填空題1.微米級2.微流控3.PDMS4.生物醫(yī)學檢測，生物醫(yī)學治療5.即時診斷(POCT)6.體外生理環(huán)境7.微量，高效8.功能集成9.流體力學，材料科學，生物相容性10.微流控芯片制造三、名詞解釋1.微流控：指在微米或亞微米尺度上對流體進行操控的技術，通常在定制設計的芯片結(jié)構中進行。2.通道：指微流控芯片中用于引導和控制流體流動的狹窄通道結(jié)構。3.即時診斷(POCT)：指在患者附近、非中心實驗室環(huán)境下進行的，能夠快速提供診斷結(jié)果的技術。4.器官芯片：指利用微流控技術和組織工程技術構建的，能夠在體外模擬特定器官或組織結(jié)構和功能的微型化模型。5.功能集成：指將多個獨立的生物、化學或流體控制功能單元（如混合、分離、檢測）集成到同一個微流控芯片上的設計理念。四、簡答題1.簡述壓力驅(qū)動型微流控芯片的工作原理。解析思路：壓力驅(qū)動是微流體最常用的驅(qū)動方式。分析其原理需從壓力來源、流體如何流動以及如何控制壓力和流量三個層面入手。明確壓力差是推動流體在通道中流動的根本動力，流量大小受壓力差和通道幾何結(jié)構（如長度、截面積、曲折度）的限制，可通過泵（如注射器泵、壓電泵）或簡單的外部壓力源（如吸球）產(chǎn)生和調(diào)節(jié)。答案要點：壓力驅(qū)動型微流控芯片利用施加在流體上的壓力差作為驅(qū)動力。當芯片兩端存在壓力差時，流體被壓差驅(qū)動，流經(jīng)芯片內(nèi)的微通道。流體的流量和流速取決于壓力差大小以及通道的幾何參數(shù)。通過使用泵（如注射器泵）或利用外部壓力（如吸球）可以方便地產(chǎn)生和調(diào)節(jié)壓力差，實現(xiàn)對流體精確的控制。2.微流控技術在生物醫(yī)學檢測中相比傳統(tǒng)檢測方法有哪些主要優(yōu)勢？解析思路：對比傳統(tǒng)檢測方法（如臺式離心機、分光光度計等），微流控檢測的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在樣品、試劑、時間和空間四個維度。分析時需逐一闡述，并注意與微流控的原理相聯(lián)系。樣品優(yōu)勢體現(xiàn)在微量消耗和純度要求降低；試劑優(yōu)勢體現(xiàn)在高效混合和低用量；時間優(yōu)勢體現(xiàn)在反應時間縮短和操作快速；空間優(yōu)勢體現(xiàn)在小型化、自動化和并行處理能力。答案要點：主要優(yōu)勢包括：①樣品消耗量極低，可進行珍貴樣品或微量樣本的分析；②試劑消耗量少，成本降低；③分析速度快，通常在幾分鐘到幾小時內(nèi)完成；④芯片尺寸小，易于自動化和集成化，可實現(xiàn)高通量并行分析；⑤可在體外模擬接近生理的微環(huán)境，提高檢測的特異性和靈敏度。3.簡述微流控技術在組織工程中的應用價值。解析思路：組織工程旨在構建功能性組織或器官替代物。微流控技術在此領域的應用價值應圍繞其核心優(yōu)勢展開。強調(diào)微流控能夠精確控制細胞培養(yǎng)微環(huán)境的物理和化學因素（如營養(yǎng)流、氧氣濃度、剪切應力），為細胞提供更接近生理的“類器官”環(huán)境，促進細胞粘附、增殖、分化和組織構建。提及器官芯片模型能夠模擬復雜的生理信號，用于藥物篩選和疾病研究。答案要點：微流控技術可在芯片上精確控制流體流動，為細胞提供可控的、動態(tài)的、類似于體內(nèi)微環(huán)境的培養(yǎng)條件。這有助于模擬細胞在生理環(huán)境中的受力、營養(yǎng)輸送和信號傳導，促進細胞粘附、增殖、分化和組織形態(tài)發(fā)生。特別是器官芯片技術，能夠集成多種細胞類型，模擬特定器官的復雜結(jié)構和功能，為藥物篩選、疾病建模和再生醫(yī)學研究提供了強大的體外平臺。4.結(jié)合資源化學專業(yè)，談談微流控技術在生物資源開發(fā)利用方面可能的應用方向。解析思路：將微流控技術與資源化學專業(yè)背景結(jié)合，需從資源化學的研究對象和流程出發(fā)。資源化學可能涉及天然產(chǎn)物（植物、微生物、海洋生物）的提取、分離、純化、分析，以及生物催化、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等。分析微流控在這些環(huán)節(jié)如何發(fā)揮作用，例如，利用微流控的分離功能（如尺寸排阻、親和分離）高效純化特定生物活性分子，利用微反應器進行連續(xù)化生物催化反應以提高產(chǎn)物收率和選擇性，或利用微流控芯片進行快速生物樣品前處理和分析，以篩選有價值的生物資源。答案要點：微流控技術在生物資源開發(fā)利用方面可應用于：①生物樣品的快速預處理與富集：如利用微流控芯片進行植物、微生物或海洋生物樣品中目標化合物的在線提取、純化和濃縮，提高效率，減少溶劑消耗；②生物催化與轉(zhuǎn)化：在微反應器中精確控制反應條件（溫度、壓力、底物濃度、酶濃度），進行高效、高選擇性的生物轉(zhuǎn)化反應，如利用酶催化合成特定化合物或降解污染物；③高通量篩選平臺：構建微流控篩選系統(tǒng)，快速評估大量生物樣品（如植物提取物、微生物發(fā)酵液）的生物活性或化學特性，用于資源發(fā)現(xiàn)；④結(jié)構生物學樣品制備：微量、精確地制備生物大分子樣品用于晶體學分析等。五、論述題1.論述微流控技術在發(fā)展高通量藥物篩選方面的潛力和面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：論述題需要更全面、深入地分析。潛力方面，從微流控的并行處理、微量樣品/試劑、快速反應、自動化、集成化等優(yōu)勢入手，說明其如何滿足高通量篩選對“快、多、省”的要求。面臨的挑戰(zhàn)則需從技術層面（如通道堵塞、交叉污染、復雜流體操控）、成本與標準化層面（如芯片制作成本、缺乏通用標準）、以及生物學層面（如模型簡化、信號真實性）進行探討。答案要點：潛力：微流控技術為實現(xiàn)高通量藥物篩選提供了巨大潛力。其核心優(yōu)勢在于能夠在一塊芯片上集成數(shù)千個微反應單元，實現(xiàn)并行處理，極大地提高了篩選通量。同時，僅需微量的樣品和試劑即可完成篩選，降低了成本，也使得使用珍貴生物樣品成為可能。微流控系統(tǒng)反應時間短，操作可高度自動化，進一步提升了篩選效率。此外，微流控易于與檢測器（如熒光、吸收光度）集成，形成完整的自動化篩選系統(tǒng)。挑戰(zhàn)：盡管潛力巨大，微流控高通量篩選仍面臨諸多挑戰(zhàn)。技術層面包括：①微通道易堵塞，特別是篩選化合物混合物時；②交叉污染風險高，影響篩選結(jié)果的可靠性；③復雜生物流體（如血液）的精確操控和分離難度大。成本與標準化層面：①芯片設計與制造成本相對較高，特別是對于大規(guī)模篩選平臺；②缺乏統(tǒng)一的技術標準和規(guī)范，阻礙了技術的普及和應用。生物學層面：①芯片上構建的體外模型（InVitroModels）相對于體內(nèi)（InVivo）環(huán)境仍有簡化，篩選結(jié)果的轉(zhuǎn)化率（Hit-to-Lead）和臨床有效性（ClinicalSuccessRate）仍不理想；②如何在芯片上精確模擬細胞微環(huán)境、藥物轉(zhuǎn)運和多種信號通路交互是持續(xù)的研究難點。2.結(jié)合具體實例，論述微流控芯片在即時診斷(POCT)領域的應用前景。解析思路：論述題要求結(jié)合實例。首先闡述POCT的定義和需求（快速、便攜、低成本、單人操作）。然后重點論述微流控技術如何滿足這些需求，并列舉1-2個具體的微流控POCT應用實例（如疾病檢測、環(huán)境監(jiān)測、食品安全），詳細說明芯片的設計思路、工作原理及其優(yōu)勢。最后總結(jié)微流控POCT的應用前景，可提及其在全球健康、邊防檢測、個性化醫(yī)療等方面的意義。答案要點：微流控芯片因其體積小、功耗低、操作簡便、可集成化等優(yōu)點，在即時診斷(POCT)領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。POCT旨在將診斷測試從中心實驗室轉(zhuǎn)移到患者身邊，實現(xiàn)快速、便捷的疾病篩查和監(jiān)測。微流控技術完美契合了POCT的需求：①微型化設計使得設備便攜，易于在資源有限地區(qū)或床旁使用；②微量樣本和試劑消耗降低了成本；③精確的流體操控可實現(xiàn)復雜生物反應（如核酸擴增、抗原抗體反應）的自動化和集成化，縮短檢測時間至分鐘級甚至秒級；④易于與小型化檢測器（如電化學、光學傳感器）集成，實現(xiàn)結(jié)果讀出。結(jié)合實例：例如，在傳染病快速篩查方面，微流控芯片可集成樣本處理、核酸提取/擴增（如LAMP或PCR）、信號檢測等步驟，實現(xiàn)對病毒（如COVID-19、HIV）或細菌的快速檢測，僅需幾毫升樣本，幾十分鐘內(nèi)即可獲得結(jié)果，極大地方便了基層醫(yī)療和疫情控制。又如，在食品安全檢測中，微流控生物傳感器芯片可用于現(xiàn)場、快速檢測食品中的非法添加物（如獸藥殘留、生物毒素）或致病微生物，提高檢測效率和覆蓋面。這些實例表明，微流控POCT技術有望在未來深刻改變疾病的診斷和管理模式。3.從資源化學的角度出發(fā)，論述微流體技術與生物醫(yī)學交叉領域未來可能的研究方向和機遇。解析思路：此題要求站在資源化學的視角，思考與微流體的交叉。首先明確資源化學關注什么（資源的發(fā)現(xiàn)、獲取、轉(zhuǎn)化、利用、環(huán)境影響）。然后思考微流體技術如何賦能資源化學在這些方面的研究。未來研究方向和機遇可能集中在：①微流控助力從生物體（微生物、植物、細胞）中發(fā)現(xiàn)和提取新型化學物質(zhì)（藥物、材料前體）；②微流控用于高效、綠色的生物催化過程，特別是在生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化中；③微流控結(jié)合高通量篩選，用于發(fā)現(xiàn)能高效降解污染物或富集有用物質(zhì)的微生物/酶；④微流控用于資源勘探相關的生物標志物檢測；⑤微流控芯片模擬技術用于研究資源開采活動對環(huán)境的影響及修復。強調(diào)這些方向如何推動資源化學向綠色、智能、可持續(xù)方向發(fā)展。答案要點：從資源化學的