2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——微流控技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.微流控芯片中，流體主要依靠何種力進(jìn)行精確控制？A.重力B.毛細(xì)作用C.壓力差D.離心力2.下列哪種材料因其良好的生物相容性和柔韌性，常被用于微流控芯片的軟刻蝕制造？A.硅（Si）B.氮化硅（SiN）C.光刻膠（Photoresist）D.聚二甲基硅氧烷（PDMS）3.在微流控系統(tǒng)中，用于精確控制流體通量的關(guān)鍵組件是？A.反應(yīng)室B.泵C.控制閥D.排液口4.微流控技術(shù)最主要的優(yōu)勢之一是？A.制造成本極低B.可處理大量樣品C.樣品和試劑消耗量極少D.可實現(xiàn)大規(guī)模并行操作5.將多個分析步驟集成在單一芯片上，實現(xiàn)自動化樣品處理和分析的技術(shù)通常被稱為？A.微陣列技術(shù)B.器官芯片技術(shù)C.生物芯片實驗室（Lab-on-a-Chip）D.單細(xì)胞分選技術(shù)6.在微流控芯片中進(jìn)行生物樣本預(yù)富集時，主要利用了？A.高通量篩選原理B.微通道尺寸效應(yīng)，提高反應(yīng)效率C.層流特性，減少擴(kuò)散D.粘度變化7.下列哪項技術(shù)常與微流控芯片結(jié)合，用于高靈敏度地檢測微量生物分子？A.拉曼光譜B.原子力顯微鏡C.電化學(xué)傳感器D.X射線衍射8.單細(xì)胞分析是微流控技術(shù)在哪個領(lǐng)域的典型應(yīng)用？A.藥物篩選B.臨床診斷C.細(xì)胞治療D.基礎(chǔ)生物學(xué)研究9.微流控器官芯片模擬人體器官功能，其主要優(yōu)勢在于？A.成本低廉B.可進(jìn)行長期動態(tài)觀察C.完全模擬人體環(huán)境D.操作簡單10.微流控系統(tǒng)中，泵的選擇需要考慮的主要因素不包括？A.驅(qū)動方式B.流量精度C.能量消耗D.芯片尺寸二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.微流控技術(shù)本質(zhì)上是在______尺度上對流體進(jìn)行操控的技術(shù)。2.泊肅葉定律描述了在層流條件下，管內(nèi)粘性流體流動時，壓強(qiáng)梯度和流量之間的關(guān)系。3.PDMS材料具有______和______的特點，是微流控芯片制造中常用的柔性材料。4.微流控技術(shù)通過減少樣品體積和試劑消耗，顯著降低了生物醫(yī)學(xué)測量的______。5.將細(xì)胞或生物分子捕獲并分離到單個微通道中的技術(shù)稱為______。6.集成在微流控芯片上的生物/化學(xué)傳感器，可以直接在芯片上實現(xiàn)______和______。7.器官芯片（Organs-on-a-Chip）技術(shù)被認(rèn)為是未來個性化醫(yī)療和藥物研發(fā)的重要工具，因為它能模擬______環(huán)境。8.微流控芯片制造中的“軟刻蝕”技術(shù)通常是指使用______作為模版，通過化學(xué)反應(yīng)腐蝕基板材料。9.在微流控系統(tǒng)中，層流狀態(tài)相比于湍流狀態(tài)具有______的優(yōu)勢，有利于減少擴(kuò)散。10.微流控技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一是如何實現(xiàn)與生物組織或其他系統(tǒng)的______連接。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述微流控芯片相比于傳統(tǒng)宏觀流控系統(tǒng)在樣品處理方面的主要優(yōu)勢。2.簡要說明毛細(xì)作用在微流控芯片中是如何影響流體行為的。3.解釋什么是“數(shù)字微流控”（DigitalMicrofluidics），并簡述其基本工作原理。4.列舉三種微流控技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用實例，并說明其核心優(yōu)勢。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述微流控技術(shù)如何通過集成化和自動化，提升生物醫(yī)學(xué)測量的效率和準(zhǔn)確性。2.分析當(dāng)前微流控技術(shù)在臨床診斷領(lǐng)域應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出可能的解決方案。---試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.C5.C6.C7.C8.D9.B10.D二、填空題1.微型（或亞微型、微）2.流速（或流量）3.生物相容性，柔韌性（或光學(xué)透明性，易加工性）4.成本（或費用）5.單細(xì)胞分選（或單細(xì)胞捕獲與分離）6.檢測，定量7.組織（或體內(nèi)）8.光刻膠（或軟刻蝕聚合物）9.低擴(kuò)散（或高平行度，高效率）10.物理或生物三、簡答題1.解析思路：對比宏觀與微觀尺度下流體的行為差異。微觀尺度下，表面積與體積比巨大，毛細(xì)作用顯著；通道尺寸小，樣品和試劑體積極小，可減少浪費；易于集成，可實現(xiàn)多步驟操作自動化，提高效率。答案要點：微流控芯片處理樣品和試劑體積極小，顯著降低消耗；通道尺寸小，表面積體積比大，毛細(xì)作用顯著，有利于傳質(zhì)和分離；易于將樣品處理、反應(yīng)、檢測等步驟集成在單一芯片上，實現(xiàn)自動化操作，提高分析效率。2.解析思路：解釋毛細(xì)作用的基本原理及其在微尺度下的表現(xiàn)。液體分子間的內(nèi)聚力與液體分子同固體壁面的附著力相互作用。在微通道中，當(dāng)通道尺寸與液體的毛細(xì)常數(shù)相當(dāng)或更小時，毛細(xì)力足以驅(qū)動液體流動，即使在沒有外部壓力的情況下。答案要點：毛細(xì)作用源于液體分子內(nèi)聚力與附著力之差。在微流控芯片中，通道尺寸通常在微米級別，與許多液體的毛細(xì)常數(shù)相當(dāng)。此時，毛細(xì)力足以克服流體粘滯力，驅(qū)動液體在通道內(nèi)流動，是許多微流控系統(tǒng)（如被動式加載）中流體移動的主要驅(qū)動力之一。3.解析思路：定義數(shù)字微流控，強(qiáng)調(diào)其核心特征——離散液滴。解釋其工作原理，通?；陔娍刂葡嘧儾牧希ㄈ缬停┬纬?、操控和合并液滴，實現(xiàn)試劑的精確分配和混合。答案要點：數(shù)字微流控是一種微流控技術(shù)，其核心特征是將流體離散成離散的、可獨立操控的液滴進(jìn)行操作。通常利用電場等外力控制介電液體（如油）的相變，實現(xiàn)液滴的產(chǎn)生、合并、分裂和移動，從而實現(xiàn)高通量、精確的試劑分配和并行反應(yīng)。4.解析思路：列舉具體應(yīng)用實例，如DNA芯片、細(xì)胞分選、高通量篩選、即時診斷（POCT）。針對每個實例，說明其如何利用微流控的優(yōu)勢，如高通量、低樣品消耗、集成化等。答案要點：應(yīng)用實例：①DNA微陣列芯片，用于高通量基因檢測；②微流控細(xì)胞分選，用于分離特定類型細(xì)胞；③微流控高通量藥物篩選，提高藥物研發(fā)效率；④微流控即時診斷（POCT）設(shè)備，用于現(xiàn)場快速檢測疾病標(biāo)志物。核心優(yōu)勢：這些應(yīng)用都利用了微流控技術(shù)的高通量、低樣品/試劑消耗、操作自動化、易于集成等優(yōu)點。四、論述題1.解析思路：從系統(tǒng)集成和自動化兩個層面展開論述。系統(tǒng)集成將多個步驟合并，減少了樣品轉(zhuǎn)移次數(shù)和外界污染風(fēng)險，提高了流程效率。自動化減少了人工干預(yù)，保證了實驗條件的精確性和一致性，進(jìn)一步提升了測量效率和結(jié)果可靠性。答案要點：微流控技術(shù)通過系統(tǒng)集成，將樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等多個步驟集成在單一芯片上，減少了樣品轉(zhuǎn)移次數(shù)，避免了交叉污染，提高了分析通量和效率。同時，微流控系統(tǒng)易于與泵、閥、傳感器等自動化元件連接，實現(xiàn)整個實驗流程的自動化控制，保證了實驗條件的精確復(fù)現(xiàn)和一致性，減少了人為誤差，從而顯著提升了生物醫(yī)學(xué)測量的整體效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.解析思路：分析挑戰(zhàn)：從技術(shù)層面（如芯片制造成本、長期穩(wěn)定性、通量與復(fù)雜度平衡）、生物醫(yī)學(xué)層面（如與組織接口、樣本兼容性、臨床驗證與轉(zhuǎn)化）、以及倫理法規(guī)層面（如數(shù)據(jù)隱私、安全性）進(jìn)行闡述。提出解決方案：針對技術(shù)挑戰(zhàn)可提出新材料、新工藝；針對生物醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)可提出優(yōu)化設(shè)計、加強(qiáng)生物相容性研究；針對轉(zhuǎn)化挑戰(zhàn)可提出加強(qiáng)臨床合作、完善法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。答案要點：主要挑戰(zhàn)：①技術(shù)挑戰(zhàn)：芯片制造成本較高，部分材料長期穩(wěn)定性有待提高，如何在提高通量和復(fù)雜度的同時保證性能是一個平衡問題。②生物醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)：如何實現(xiàn)微流控系統(tǒng)與生物組織的良好接口，確保體液樣本的無損處理，以及如何滿足嚴(yán)格的生物相容性要求。③臨床轉(zhuǎn)化挑戰(zhàn)：如何將實驗室技術(shù)轉(zhuǎn)化為可靠的臨床