2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——電化學(xué)傳感器技術(shù)在醫(yī)學(xué)控制中的應(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)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在電化學(xué)傳感器中，利用法拉第電流與被測(cè)物質(zhì)濃度成正比關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)的原理屬于（）。A.電極電位選擇性B.能斯特方程C.電化學(xué)放大D.原位電解2.對(duì)于用于血液檢測(cè)的電化學(xué)傳感器，以下哪項(xiàng)指標(biāo)通常最為關(guān)鍵？（）A.電極的循環(huán)使用壽命B.在高鹽濃度介質(zhì)中的穩(wěn)定性C.對(duì)皮膚電阻變化的敏感性D.快速響應(yīng)時(shí)間3.在酶促電化學(xué)傳感器中，酶作為生物識(shí)別元件，其主要功能是（）。A.提供電子傳遞通路B.催化目標(biāo)分析物轉(zhuǎn)化C.調(diào)節(jié)電極表面電位D.增強(qiáng)電極的導(dǎo)電性4.以下哪種電化學(xué)分析方法通常具有更寬的線性范圍和更高的靈敏度？（）A.溶出伏安法B.循環(huán)伏安法C.線性掃描伏安法D.恒電位電流法5.為了提高電化學(xué)傳感器對(duì)特定生物標(biāo)志物的選擇性，常采用的方法包括（）。A.修飾電極表面以增強(qiáng)生物分子固定B.選擇具有高選擇性催化活性的酶或抗體C.利用微流控技術(shù)控制分析物傳質(zhì)D.以上所有方法6.電化學(xué)阻抗譜（EIS）在分析電化學(xué)傳感器時(shí)，主要可以提供（）信息。A.被測(cè)物質(zhì)的濃度B.電極表面的電荷轉(zhuǎn)移電阻C.傳感器的線性范圍D.信號(hào)放大倍數(shù)7.將電化學(xué)傳感器植入體內(nèi)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)其生物相容性的要求是（）。A.允許與周圍組織發(fā)生輕微的免疫反應(yīng)B.必須完全避免與體液發(fā)生任何相互作用C.不會(huì)引起持續(xù)的炎癥或毒性反應(yīng)D.電極材料必須與人體組織完全同化8.便攜式血糖儀通常采用哪種電化學(xué)原理？（）A.磁場(chǎng)感應(yīng)B.光纖反射C.氧化還原電流D.熱量變化9.在設(shè)計(jì)用于檢測(cè)體液中氯離子的電化學(xué)傳感器時(shí)，選擇合適的參比電極至關(guān)重要，通常選用（）。A.飽和甘汞電極（SCE）B.氯離子選擇性電極C.玻璃電極D.銀/氯化銀電極10.電化學(xué)傳感器相比其他分析技術(shù)（如光學(xué)、色譜），其主要優(yōu)勢(shì)之一是（）。A.通常需要復(fù)雜的樣品前處理B.對(duì)樣品的溶解性要求很高C.可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、原位檢測(cè)D.設(shè)備成本通常更高二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.電化學(xué)傳感器通常由________電極、________電極、________電極和電解質(zhì)溶液組成。2.提高電化學(xué)傳感器靈敏度的常用策略包括增大________過(guò)電位、使用高效電子中介體或增強(qiáng)________傳質(zhì)。3.用于檢測(cè)生物標(biāo)志物的電化學(xué)傳感器，其生物識(shí)別元件可以是酶、抗體、________或適配體等。4.電化學(xué)阻抗譜（EIS）通過(guò)測(cè)量不同頻率下的________來(lái)獲得電極過(guò)程信息，可用于研究電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程和________。5.植入式生物醫(yī)學(xué)電化學(xué)傳感器面臨的主要挑戰(zhàn)包括生物相容性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、信號(hào)干擾和有效的________。6.在電化學(xué)傳感器中，________是指在特定條件下，傳感器輸出信號(hào)（通常為電流或電位）與被測(cè)物質(zhì)濃度呈線性關(guān)系的濃度范圍。7.恒電位電流法主要用于測(cè)量電活性物質(zhì)在特定電位下的________速率。8.微流控技術(shù)與電化學(xué)傳感器的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)樣品處理與分析的________，提高檢測(cè)效率和速度。9.電化學(xué)傳感器在藥物控制領(lǐng)域的應(yīng)用，例如通過(guò)監(jiān)測(cè)體內(nèi)藥物濃度來(lái)調(diào)整________。10.選擇電化學(xué)傳感器的電極材料時(shí)，除了考慮其電化學(xué)性能外，對(duì)于醫(yī)學(xué)應(yīng)用還需特別關(guān)注其________和生物相容性。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述法拉第電流和非法拉第電流在電化學(xué)傳感器信號(hào)產(chǎn)生中的作用和區(qū)別。2.簡(jiǎn)述酶促電化學(xué)傳感器的工作原理及其在生物標(biāo)志物檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)。3.簡(jiǎn)述電化學(xué)阻抗譜（EIS）在研究電化學(xué)傳感器電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。4.簡(jiǎn)述將電化學(xué)傳感器應(yīng)用于植入式生理參數(shù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)需要克服的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。四、論述題（每題10分，共30分）1.詳細(xì)論述電化學(xué)傳感器在血糖無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)中的潛在應(yīng)用前景、面臨的主要挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。2.選擇一種特定的生物標(biāo)志物（如谷丙轉(zhuǎn)氨酶ALT、乳酸、特定腫瘤標(biāo)志物等），論述基于電化學(xué)傳感器的檢測(cè)方法原理、關(guān)鍵技術(shù)和在臨床診斷中的價(jià)值。3.結(jié)合實(shí)例，論述微流控技術(shù)與電化學(xué)傳感器相結(jié)合在醫(yī)學(xué)快速檢測(cè)（如point-of-caretesting,POCT）中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.B5.D6.B7.C8.C9.A10.C二、填空題1.工作；參比；對(duì)2.極化；電極表面3.核酸4.阻抗；電極界面狀態(tài)5.信號(hào)無(wú)線傳輸6.線性范圍7.電流產(chǎn)生8.集成化9.藥物輸注10.生物相容性三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先定義法拉第電流（由電極反應(yīng)引起，遵循電荷守恒定律，與物質(zhì)消耗/生成量直接相關(guān)）和非法拉第電流（由電雙層充電/放電引起，不涉及物質(zhì)凈變化，與電極電位掃描有關(guān)）。然后說(shuō)明法拉第電流是傳感器定量檢測(cè)的基礎(chǔ)，其大小與待測(cè)物濃度相關(guān)；非法拉第電流（如充電電流）會(huì)干擾定量，需要通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件（如掃描速率）或采用特定技術(shù)（如EIS）來(lái)扣除或利用。2.解析思路：闡述工作原理：目標(biāo)分析物與固定在電極表面的酶（或抗體/適配體）特異性結(jié)合，酶催化分析物發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生與分析物濃度成正比的電化學(xué)信號(hào)（電流或電位）。分析優(yōu)勢(shì)：高靈敏度（酶催化放大）、高選擇性（特異性識(shí)別）、可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、易于小型化和集成化等。3.解析思路：解釋EIS的基本原理：通過(guò)施加一個(gè)小的正弦交流電壓擾動(dòng)，測(cè)量電路的阻抗（包括電阻和電容部分），通過(guò)分析不同頻率下的阻抗圖譜（Nyquist圖或Bode圖）來(lái)獲得信息。在傳感器應(yīng)用中，利用EIS可以研究電極表面發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程（通過(guò)半圓弧特征）、評(píng)估電極的穩(wěn)定性、研究吸附過(guò)程、檢測(cè)界面缺陷等，從而深入了解傳感器的響應(yīng)機(jī)制和性能。4.解析思路：列舉挑戰(zhàn)：生物相容性（材料毒性、免疫排斥）、長(zhǎng)期穩(wěn)定性（腐蝕、降解）、體內(nèi)信號(hào)傳輸與放大（信號(hào)微弱、干擾多）、生物屏障（結(jié)締組織影響）、封裝技術(shù)（保護(hù)傳感器同時(shí)保證功能）等。需要克服這些挑戰(zhàn)才能實(shí)現(xiàn)安全、可靠、長(zhǎng)期的植入式監(jiān)測(cè)。四、論述題1.解析思路：*前景：無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)是巨大需求，電化學(xué)方法（如通過(guò)皮內(nèi)液或汗液檢測(cè)葡萄糖，利用葡萄糖氧化酶、酶介體等）具有無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)潛力，可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。*挑戰(zhàn)：皮膚屏障、組織液葡萄糖濃度低且波動(dòng)大、信號(hào)干擾（其他物質(zhì)氧化）、傳感器的穩(wěn)定性和壽命、生物相容性、信號(hào)校準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化、成本等。*解決方案：開發(fā)新型能穿透皮膚的電極材料、優(yōu)化酶固定技術(shù)提高穩(wěn)定性和選擇性、利用微流控技術(shù)促進(jìn)傳質(zhì)和信號(hào)放大、采用先進(jìn)信號(hào)處理算法消除干擾、設(shè)計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定的封裝、建立可靠的校準(zhǔn)模型等。2.解析思路：（以谷丙轉(zhuǎn)氨酶ALT為例）*原理：選擇合適的電化學(xué)平臺(tái)（如三電極體系），將ALT酶固定在工作電極表面。當(dāng)含有ALT的樣品滴加到電極上時(shí)，酶催化特定的底物（如谷氨酸和α-酮戊二酸）反應(yīng)，產(chǎn)生具有電化學(xué)活性的產(chǎn)物（如α-酮戊二酸氧化產(chǎn)物）。通過(guò)測(cè)量該產(chǎn)物的氧化還原電流，根據(jù)電流大小與ALT濃度關(guān)系進(jìn)行定量。*關(guān)鍵技術(shù)：高效穩(wěn)定的酶固定方法（如交聯(lián)、共價(jià)鍵合、納米材料固定）、選擇性好且響應(yīng)快的電催化劑、優(yōu)化反應(yīng)條件（pH、溫度）、抗干擾措施、傳感器的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。*臨床價(jià)值：ALT是肝功能的重要指標(biāo)，快速、便捷的電化學(xué)檢測(cè)方法可用于門診、急診、POCT等場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)肝損傷的早期篩查、監(jiān)測(cè)和診斷。*（若選擇其他標(biāo)志物，需替換具體原理、方法和價(jià)值分析）3.解析思路：*結(jié)合優(yōu)勢(shì)：微流控提供精確的流體控制（樣品加載、混合、傳質(zhì)），可集成樣品處理步驟（如稀釋、反應(yīng)、分離），減少樣品體積和試劑消耗，縮短分析時(shí)間。電化學(xué)傳感器提供高靈敏度、快速響應(yīng)的分析核心。兩者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)高度集成化、自動(dòng)化、便攜式的快速