2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子工程技術在納米材料研究中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在括號內）1.下列哪種相互作用通常被認為是驅動某些分子自組裝過程的主要熱力學驅動力？A.離子鍵B.共價鍵C.范德華力D.強酸堿反應2.在嵌段共聚物自組裝形成的微相分離結構中，哪些拓撲結構是常見的？（請選擇所有正確選項）A.球狀B.纖維狀C.薄膜狀D.雙連續(xù)結構3.DNA納米技術利用DNA堿基互補配對原則，構建具有精確結構的納米結構。這種配對原則主要依賴于哪種堿基對？A.丙氨酸-甘氨酸B.賴氨酸-谷氨酸C.腺嘌呤-胸腺嘧啶D.絲氨酸-蘇氨酸4.對于需要高度特異性識別目標的納米材料應用，哪種分子工程技術特別有效？A.基于表面電荷調控的組裝B.基于溫度敏感性的組裝C.分子印跡技術D.基于溶劑化效應的組裝5.以下哪種儀器或技術最常用于直接觀察和測量單個納米顆粒的形貌和尺寸？A.X射線衍射（XRD）B.熒光光譜儀C.場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）D.動態(tài)光散射（DLS）6.將納米顆粒通過化學鍵合方式連接到基底表面，以改善其穩(wěn)定性或賦予特定功能，這屬于哪種表面處理方法？A.原位生長法B.物理吸附法C.化學鍵合法D.電化學沉積法7.DNAorigami技術中，除了DNA堿基對，還常常用到哪種化學鍵來穩(wěn)定折疊結構？A.脫氧核糖-磷酸鍵B.肽鍵C.離子鍵D.酚醛樹脂交聯(lián)8.在利用分子工程技術制備的光學納米材料中，量子點的主要優(yōu)勢之一是？A.可生物降解B.光譜可調范圍寬且連續(xù)C.制備成本低廉D.對磁場敏感9.分子印跡聚合物（MIP）的核心特征是其包含與目標分子（印跡分子）精確匹配的空腔結構，這種結構的形成是基于？A.自發(fā)結晶過程B.印跡分子與功能單體在聚合前形成的穩(wěn)定復合物C.金屬離子催化聚合D.基底材料的特殊吸附能力10.分子工程技術在生物醫(yī)學領域的一個潛在應用是智能藥物遞送系統(tǒng)，其優(yōu)勢可能包括？（請選擇所有正確選項）A.提高藥物靶向性B.增加藥物溶解度C.控制藥物釋放速率和地點D.降低藥物的全身性副作用二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.分子自組裝通常發(fā)生在______相和______相的界面，或者是在______相內部的特定區(qū)域。2.常見的分子自組裝驅動力包括______、______、______和______。3.DNA納米技術中，除了氫鍵，______也扮演著重要的連接角色。4.表面修飾可以通過改變納米材料的______、______或______等性質來調控其行為。5.分子印跡技術制備的識別材料通常具有優(yōu)異的______和______。6.原子力顯微鏡（AFM）不僅可以測量納米材料的______，還可以測量其______。7.嵌段共聚物A-B的自組裝行為和結構主要取決于______、______和______之間的關系。8.在藥物遞送應用中，利用分子工程技術構建的納米載體需要具備良好的______和______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述分子自組裝過程的熱力學驅動力。2.比較DNA納米技術與傳統(tǒng)的基于小分子或大分子的自組裝技術的主要異同點。3.簡述表面功能化對納米材料在生物醫(yī)學應用中行為的影響。4.解釋什么是分子印跡技術，并簡述其基本原理。四、論述題（10分）論述分子工程技術為設計具有特定光學性質的納米材料提供了哪些途徑，并舉例說明其中一種途徑及其原理。五、應用設計題（10分）設想一種利用分子印跡技術制備的納米材料，用于檢測水體中的特定污染物（如重金屬離子或有機污染物），請簡述其設計思路，包括選擇印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑、聚合物溶劑等關鍵要素，并說明其檢測原理。試卷答案一、選擇題1.C2.A,B,C,D3.C4.C5.C6.C7.A8.B9.B10.A,C,D二、填空題1.相互，相，相2.氫鍵，范德華力，靜電作用，π-π堆積3.堿基堆積4.表面能，表面電荷，表面潤濕性5.特異性，穩(wěn)定性6.高度，力學性質7.端基體積，嵌段分子量，序列8.生物相容性，靶向性三、簡答題1.解析思路：從熱力學基本概念出發(fā)，說明分子自組裝是系統(tǒng)自由能降低的過程。具體闡述主要的熵驅動力（如形成有序結構增加體系熵）和焓驅動力（如形成氫鍵、范德華力等釋放能量降低體系焓）。強調自組裝過程是在特定溫度、壓力和濃度等條件下達到熱力學平衡狀態(tài)。2.解析思路：比較兩者在驅動力的來源（DNA特異性堿基互補配對vs傳統(tǒng)分子間作用力如氫鍵、范德華力）、結構精確性（DNA技術可實現(xiàn)原子級精度vs傳統(tǒng)技術精度相對較低）、結構復雜性（DNA技術可構建復雜三維結構vs傳統(tǒng)技術結構相對簡單）以及生物相容性（DNA本身具有良好的生物相容性vs傳統(tǒng)材料可能需要進一步功能化）等方面的異同。3.解析思路：從表面性質對材料行為的影響入手。說明表面修飾可以改變納米顆粒的表面能、表面電荷（如表面接上帶電基團）和表面潤濕性（如疏水化或親水化處理）。聯(lián)系生物醫(yī)學應用場景，闡述這些改變如何影響納米材料的細胞攝取效率、體內循環(huán)時間、組織分布、藥物釋放行為以及免疫原性等。4.解析思路：首先定義分子印跡技術（一種制備具有特定識別位點材料的高分子化學技術）。然后解釋其核心原理（在聚合過程中，將目標分子（印跡分子）與功能單體結合形成復合物，該復合物在單體聚合后形成一個與印跡分子形狀、尺寸和相互作用模式精確匹配的空腔結構。目標分子被排除在聚合物鏈之外或在聚合后洗脫出來，留下空腔）。四、論述題解析思路：首先概述分子工程技術可以通過調控納米材料的組成、結構、尺寸、形貌和表面性質來設計其光學性質。具體途徑可以包括：1.納米結構設計與自組裝：利用嵌段共聚物、DNA、膠束等自組裝形成特定納米結構（如量子點陣列、納米棒、空心球等），通過改變結構單元、嵌段比例或組裝條件，調控其對光的吸收、散射和發(fā)射特性。2.量子限域效應：設計尺寸在幾納米到幾十納米范圍內的半導體量子點，其光學帶隙和熒光峰位隨尺寸變化，從而實現(xiàn)對發(fā)射波長的精確調控。3.表面等離激元共振：通過設計金屬納米顆粒（如金、銀納米粒子）的形狀（球、棒、盤等）和尺寸，使其表面等離激元共振模式發(fā)生改變，實現(xiàn)對特定波長光的強吸收或散射。4.分子工程調控光學活性：通過在材料表面修飾具有特定光學響應的分子或染料，或設計具有光致變色、熒光共振能量轉移（FRET）等特性的分子系統(tǒng)，實現(xiàn)可調或智能的光學響應。選擇其中一種途徑（如納米結構設計與自組裝），結合具體實例（如利用嵌段共聚物miktoarmPEG嵌段共聚物自組裝形成核殼結構量子點，通過調節(jié)嵌段組成和比例控制量子點的尺寸和光學性質），詳細闡述其設計原理和調控機制。五、應用設計題解析思路：設計一個基于分子印跡技術的納米材料用于檢測特定污染物X。1.選擇印跡分子（模板分子）：選擇與目標污染物X在結構、電荷和相互作用上具有高度相似性的分子作為印跡分子。確保該分子能夠有效地與功能單體結合。2.選擇功能單體：選擇能夠與印跡分子X以及聚合溶劑兼容的線性或支鏈功能單體。功能基團應能與印跡分子X通過氫鍵、靜電相互作用、π-π作用等形成穩(wěn)定且可逆的復合物。例如，若印跡分子是帶正電荷的氨基酸，可以選擇帶有羧基的丙烯酸或甲基丙烯酸作為功能單體。3.選擇交聯(lián)劑：選擇能夠提供足夠交聯(lián)密度以形成穩(wěn)定骨架的交聯(lián)劑，同時不與印跡分子、功能單體或聚合物單體發(fā)生不良反應。例如，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）或苯乙烯二甲基丙烯酸酯（SDMA）。4.選擇聚合物單體和溶劑：選擇合適的自由基聚合單體（如甲基丙烯酸甲酯，MMA）和良溶劑（如二氯甲烷、氯仿或乙腈，需與印跡分子和功能單體兼容）。5.制備分子印跡聚合物（MIP）：將印跡分子X、功能單體、交聯(lián)劑和聚合物單體溶解在選擇的溶劑中，加入引發(fā)劑（如AIBN或過氧化苯甲酰），在特定溫度下進行聚合反應。聚合后得到包含識別空腔的MIP材料。6.后處理：將合成的PIM材料用合適的溶劑（如甲醇或水）充分洗脫，去除未反應的單體、交聯(lián)劑和游離的印跡分子X，得到最終的識別材