2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——應用化學在生物傳感器中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪些材料可以作為生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換元件？（）A.貴金屬（如鉑、金）B.碳材料（如石墨烯、碳納米管）C.導電聚合物（如聚苯胺、聚吡咯）D.量子點E.壓電晶體2.固定化生物分子常用的方法包括？（）A.交聯(lián)法B.吸附法C.共價鍵合法D.包埋法E.聚合法3.下列哪些屬于電化學生物傳感器？（）A.酶傳感器B.免疫傳感器C.DNA傳感器D.比色傳感器E.表面等離子體共振傳感器4.光學傳感器常用的檢測方法包括？（）A.比色法B.熒光法C.發(fā)光法D.表面等離子體共振法E.化學發(fā)光法5.微流控技術(shù)在生物傳感器中的應用主要體現(xiàn)在？（）A.提高樣品處理效率B.減小樣品體積C.降低檢測成本D.實現(xiàn)多參數(shù)檢測E.提高檢測靈敏度二、填空題（每空1分，共15分）1.生物傳感器主要由__________和__________兩部分組成。2.分子印跡技術(shù)是一種模擬生物分子識別過程的技術(shù)，其核心在于制備具有特定__________的聚合物。3.電化學傳感器根據(jù)信號產(chǎn)生方式的不同，可以分為__________、__________和__________三種類型。4.熒光傳感器是一種基于熒光物質(zhì)發(fā)射或吸收光譜變化的傳感器，其靈敏度和選擇性主要取決于__________和__________。5.便攜式生物傳感器具有__________、__________和__________等優(yōu)點。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述酶傳感器的工作原理。2.簡述免疫傳感器在疾病診斷中的應用。3.簡述DNA傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用。4.簡述納米材料在生物傳感器中的應用優(yōu)勢。四、論述題（10分）試述應用化學在提高生物傳感器性能方面的作用。五、計算題（5分）某電化學酶傳感器在檢測某底物時，其電流響應與底物濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。當?shù)孜餄舛葹?.0x10^-5mol/L時，測得電流響應為10nA。若測得某樣品的電流響應為50nA，請計算該樣品中底物的濃度。已知該傳感器的線性范圍為1.0x10^-8mol/L~1.0x10^-3mol/L。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.ABCD*解析思路：*信號轉(zhuǎn)換元件的作用是將生物識別元件產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換為可測量的信號。貴金屬、碳材料、導電聚合物和量子點都具有導電性或光學特性，可以用于信號轉(zhuǎn)換。壓電晶體主要用于壓電傳感器，屬于其他類型傳感器，不屬于常見的信號轉(zhuǎn)換元件材料。2.ABCD*解析思路：*固定化生物分子的方法有多種，包括交聯(lián)法、吸附法、共價鍵合法和包埋法。聚合合法通常指利用聚合物將生物分子包裹起來，也屬于包埋法的一種。3.ABC*解析思路：*電化學生物傳感器是基于電化學原理進行信號轉(zhuǎn)換的傳感器，包括酶傳感器、免疫傳感器和DNA傳感器。比色傳感器和表面等離子體共振傳感器屬于光學傳感器。4.ABCDE*解析思路：*光學傳感器利用光學原理進行信號檢測，常用的檢測方法包括比色法、熒光法、發(fā)光法、表面等離子體共振法和化學發(fā)光法。5.ABD*解析思路：*微流控技術(shù)可以在微尺度上操控流體，其應用主要體現(xiàn)在提高樣品處理效率、減小樣品體積和實現(xiàn)多參數(shù)檢測。降低檢測成本和提高檢測靈敏度是生物傳感器普遍追求的目標，但并非微流控技術(shù)特有的應用。二、填空題（每空1分，共15分）1.生物識別元件信號轉(zhuǎn)換元件*解析思路：*生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)包括能夠識別特定目標物質(zhì)的生物識別元件和能夠?qū)⒆R別信號轉(zhuǎn)換為可測量信號的信號轉(zhuǎn)換元件。2.特異性識別位點*解析思路：*分子印跡技術(shù)的目的是制備出具有與目標分子結(jié)構(gòu)互補的識別位點的聚合物，從而使聚合物對目標分子具有特異性識別能力。3.氧化還原酶傳感器氧化還原酶傳感器電化學阻抗傳感器*解析思路：*電化學傳感器根據(jù)信號產(chǎn)生方式的不同，主要分為基于電極與溶液之間發(fā)生氧化還原反應的氧化還原酶傳感器、基于電極表面電化學狀態(tài)變化的電化學阻抗傳感器等。4.熒光物質(zhì)的性質(zhì)熒光物質(zhì)與目標分子的相互作用*解析思路：*熒光傳感器的靈敏度和選擇性取決于熒光物質(zhì)的熒光強度、光譜位置以及熒光物質(zhì)與目標分子之間的相互作用強度和類型。5.小型化便攜化自動化*解析思路：*便攜式生物傳感器的主要優(yōu)點是體積小、重量輕、可以隨身攜帶，便于現(xiàn)場快速檢測，并且可以實現(xiàn)自動化操作。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.酶傳感器是一種將酶的催化反應與電化學、光學等信號轉(zhuǎn)換元件相結(jié)合的檢測裝置。其工作原理是利用酶對特定底物的催化作用，導致溶液中某些物質(zhì)發(fā)生電化學性質(zhì)或光學性質(zhì)的變化，從而通過信號轉(zhuǎn)換元件檢測到這種變化，并最終實現(xiàn)對目標底物的定量分析。2.免疫傳感器是一種基于抗原抗體特異性結(jié)合的原理，將抗原或抗體固定在傳感器表面，利用電化學、光學等信號轉(zhuǎn)換元件檢測抗原或抗體存在與否或其濃度的生物傳感器。免疫傳感器在疾病診斷中具有廣泛的應用，例如用于檢測體內(nèi)的病原體、腫瘤標志物、藥物殘留等。3.DNA傳感器是一種能夠識別和檢測特定DNA序列的生物傳感器。其工作原理是利用DNA分子之間堿基互補配對的特性，當目標DNA序列與固定在傳感器表面的探針DNA雜交時，會引起傳感器表面性質(zhì)的變化，從而通過信號轉(zhuǎn)換元件檢測到這種變化，并最終實現(xiàn)對目標DNA序列的檢測。4.納米材料在生物傳感器中的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①納米材料具有較大的比表面積和獨特的物理化學性質(zhì)，可以提高傳感器的靈敏度和選擇性；②納米材料可以用于制備高性能的傳感器電極材料和信號轉(zhuǎn)換元件，例如納米金電極、碳納米管電極、量子點熒光探針等；③納米材料可以用于構(gòu)建多功能的生物傳感器，例如將納米材料與酶、抗體等生物分子結(jié)合，制備具有雙重識別功能的傳感器。四、論述題（10分）應用化學在提高生物傳感器性能方面發(fā)揮著重要作用。首先，在材料科學方面，應用化學家設計和制備了各種新型傳感器材料，例如導電聚合物、碳納米材料、量子點、分子印跡聚合物等，這些材料具有優(yōu)異的導電性、光學特性、生物相容性和特異性識別能力，可以顯著提高傳感器的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性。其次，在信號轉(zhuǎn)換方面，應用化學家發(fā)展了各種新型信號轉(zhuǎn)換技術(shù)，例如電化學阻抗譜、表面等離子體共振、微流控技術(shù)等，這些技術(shù)可以將微弱的生物識別信號轉(zhuǎn)換為可測量的電信號、光信號或熱信號，提高了傳感器的檢測能力和應用范圍。此外，應用化學家還致力于開發(fā)新型生物識別元件，例如基因探針、適配體等，這些元件具有更高的特異性和靈敏度，可以進一步提高傳感器的性能?？傊?，應用化學在材料、信號轉(zhuǎn)換和生物識別元件等方面的不斷創(chuàng)新，為提高生物傳感器性能提供了強有力的支持。五、計算題（5分）解：設該樣品中底物的濃度為xmol/L，則根據(jù)題意，電流響應與底物濃度呈線性關(guān)系，可以建立以下比例關(guān)系：10nA/(1.0x10^-5mol/L)