2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——生化傳感器技術(shù)在疾病診斷中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題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.下列哪種材料通常用作酶?jìng)鞲衅鞯拿腹潭ㄝd體，具有多孔結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性？（）A.金屬氧化物B.聚合物膜C.碳納米管D.量子點(diǎn)2.在免疫傳感器中，利用抗原與抗體結(jié)合后引起電化學(xué)信號(hào)變化的原理，最常采用的是哪種方法？（）A.酶催化法B.電流變化法C.免疫層析法D.競(jìng)爭(zhēng)抑制法3.下列關(guān)于核酸適配體（Aptamer）傳感器的描述，錯(cuò)誤的是？（）A.可以通過(guò)體外篩選技術(shù)獲得B.具有高度的特異性識(shí)別能力C.通常通過(guò)雜交作用識(shí)別靶分子D.其識(shí)別位點(diǎn)與天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)完全相同4.信號(hào)放大策略在生化傳感器中的主要目的是？（）A.提高傳感器的響應(yīng)時(shí)間B.增大傳感器的線(xiàn)性范圍C.提高傳感器的靈敏度和檢測(cè)限D(zhuǎn).增強(qiáng)傳感器的抗干擾能力5.微流控技術(shù)在生化傳感器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在？（）A.可批量生產(chǎn)，降低成本B.樣品處理量巨大C.可實(shí)現(xiàn)樣品混合和反應(yīng)控制D.對(duì)環(huán)境要求極高6.用于檢測(cè)疾病相關(guān)腫瘤標(biāo)志物的電化學(xué)免疫傳感器，其信號(hào)轉(zhuǎn)換元件最可能選用？（）A.光電二極管B.石墨烯電極C.壓電晶體D.熱敏電阻7.分子印跡技術(shù)制備的傳感器，其主要優(yōu)點(diǎn)是？（）A.成本低廉B.生物相容性好C.具有特定的、可重復(fù)使用的識(shí)別位點(diǎn)D.響應(yīng)速度快8.評(píng)價(jià)一個(gè)疾病診斷用生化傳感器性能時(shí)，通常認(rèn)為檢測(cè)限（LOD）越低越好，這反映了傳感器的？（）A.選擇性B.穩(wěn)定性C.靈敏度D.重現(xiàn)性9.在血糖無(wú)創(chuàng)傳感器的研發(fā)中，主要面臨的挑戰(zhàn)之一是？（）A.提高傳感器的重復(fù)性B.降低傳感器成本C.消除皮膚組織液中其他糖類(lèi)物質(zhì)的干擾D.提高傳感器的響應(yīng)頻率10.下列哪種技術(shù)不屬于酶?jìng)鞲衅餍盘?hào)放大策略？（）A.雙酶催化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)B.抗體介導(dǎo)的信號(hào)放大C.金屬納米粒子催化D.分子印跡技術(shù)二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.生化傳感器通常由________和________兩部分組成。2.基于抗原抗體特異性結(jié)合的免疫傳感器，根據(jù)樣品中待測(cè)物與標(biāo)記物是否競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合固相載體，可分為_(kāi)_______法和________法。3.核酸適配體通過(guò)與目標(biāo)分子結(jié)合后，其構(gòu)象發(fā)生改變，這種變化可通過(guò)________、________或________等物理化學(xué)性質(zhì)的變化來(lái)檢測(cè)。4.在電化學(xué)傳感器中，常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換方式包括________、________和________。5.為了提高傳感器的靈敏度和選擇性，常采用________、________等納米材料作為信號(hào)放大劑或識(shí)別元件。6.常用于制備分子印跡聚合物識(shí)別位點(diǎn)的技術(shù)有________、________和________。7.疾病診斷用生化傳感器的重要性能指標(biāo)包括靈敏度、選擇性、特異性、響應(yīng)時(shí)間、________、________和檢測(cè)限等。三、名詞解釋?zhuān)款}2分，共10分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.生物識(shí)別元件2.信號(hào)放大3.競(jìng)爭(zhēng)免疫分析4.分子印跡技術(shù)5.即時(shí)檢測(cè)（POCT）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述酶?jìng)鞲衅鞯幕竟ぷ髟砑捌湓诩膊≡\斷中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。2.與傳統(tǒng)的電化學(xué)分析方法相比，電化學(xué)免疫傳感器有哪些優(yōu)點(diǎn)？3.簡(jiǎn)要說(shuō)明核酸適配體是如何用于構(gòu)建傳感器的，并舉例說(shuō)明其在疾病診斷方面的應(yīng)用。4.為什么說(shuō)納米材料在生化傳感器中具有重要作用？請(qǐng)列舉至少兩種納米材料及其在傳感器中的應(yīng)用。5.在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)用于疾病診斷的生化傳感器時(shí)，需要重點(diǎn)考慮哪些因素？五、綜合應(yīng)用/論述題（共30分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)用于檢測(cè)某特定腫瘤標(biāo)志物（假設(shè)名稱(chēng)為“X標(biāo)志物”）的電化學(xué)免疫傳感器。請(qǐng)簡(jiǎn)述其基本設(shè)計(jì)思路，包括：（1）識(shí)別元件的選擇與固定方法；（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換元件的選擇與工作原理；（3）所采用的信號(hào)放大策略（至少一種）；（4）評(píng)價(jià)該傳感器性能需要關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)及其含義。（5）指出該類(lèi)傳感器在臨床應(yīng)用中可能面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.D4.C5.C6.B7.C8.C9.C10.D解析：1.B：聚合物膜（如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等）因其良好的生物相容性和多孔結(jié)構(gòu)，是常用的酶固定載體，有利于酶的固定和保持活性。2.B：免疫傳感器利用抗原抗體結(jié)合引起電化學(xué)信號(hào)變化，最直接的方式是測(cè)量結(jié)合前后電化學(xué)信號(hào)（如電流、電位、峰電流等）的改變。3.D：核酸適配體識(shí)別位點(diǎn)是其自身的特定核苷酸序列，與天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，具有高度特異性。4.C：信號(hào)放大的目的是將微弱的生物信號(hào)轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)的強(qiáng)信號(hào)，從而提高傳感器的靈敏度和檢測(cè)限，使痕量分析成為可能。5.C：微流控技術(shù)能夠精確控制微量流體的混合、反應(yīng)和分離，是實(shí)現(xiàn)傳感器小型化、集成化和自動(dòng)化的重要手段。6.B：石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和較大的比表面積，適合用作電化學(xué)傳感器的基底或信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，以提高靈敏度和信號(hào)強(qiáng)度。7.C：分子印跡技術(shù)可以制備出具有與目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的識(shí)別位點(diǎn)的材料，使其對(duì)特定分子具有高度選擇性和可重復(fù)使用性。8.C：檢測(cè)限（LOD）是指能可靠檢測(cè)出待測(cè)物存在的最低濃度，LOD越低，表示傳感器的靈敏度越高。9.C：無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)面臨的主要挑戰(zhàn)是如何準(zhǔn)確區(qū)分血液中的葡萄糖與組織液或其他糖類(lèi)物質(zhì)，消除干擾是關(guān)鍵。10.D：分子印跡技術(shù)主要用于制備具有特定識(shí)別位點(diǎn)的材料，屬于識(shí)別元件的制備方法，而非信號(hào)放大策略。二、填空題1.識(shí)別元件，信號(hào)轉(zhuǎn)換元件2.競(jìng)爭(zhēng)，非競(jìng)爭(zhēng)3.光吸收，電化學(xué)信號(hào)，發(fā)光強(qiáng)度4.電流，電位，電阻5.金屬納米粒子，碳納米管6.溶劑蒸發(fā)法，沉淀聚合法，增材制造法7.穩(wěn)定性，重現(xiàn)性三、名詞解釋1.生物識(shí)別元件：指能夠特異性識(shí)別和結(jié)合生物分子（如酶、抗體、抗原、核酸、蛋白質(zhì)、小分子等）的組件，是生化傳感器的核心部分。2.信號(hào)放大：指利用某種機(jī)制將微弱的生物識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為更強(qiáng)烈的可檢測(cè)信號(hào)的過(guò)程，以提高傳感器的靈敏度和檢測(cè)限。3.競(jìng)爭(zhēng)免疫分析：一種免疫分析方法，將待測(cè)抗原和標(biāo)記抗原與有限量的特異性抗體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合固相載體，結(jié)合量與待測(cè)抗原濃度成反比，通過(guò)測(cè)量未結(jié)合標(biāo)記抗原量來(lái)定量待測(cè)物。4.分子印跡技術(shù)：一種通過(guò)模板分子（印跡分子）的存在而制備具有特定識(shí)別位點(diǎn)的聚合物材料的方法，該位點(diǎn)與模板分子在空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)環(huán)境上高度相似。5.即時(shí)檢測(cè)（POCT）：指在靠近患者或樣本采集地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，能夠快速獲得結(jié)果（通常在幾分鐘到幾小時(shí)內(nèi)），適用于床旁、急診、基層醫(yī)療等場(chǎng)景的檢測(cè)技術(shù)。四、簡(jiǎn)答題1.答：酶?jìng)鞲衅鞯幕竟ぷ髟硎抢妹傅拇呋钚?，將目?biāo)分析物（底物）的濃度變化轉(zhuǎn)換為酶促反應(yīng)速率或產(chǎn)物/底物的濃度變化，再通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換元件將這種變化轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)或其他信號(hào)。在疾病診斷中，主要應(yīng)用于檢測(cè)體內(nèi)各種代謝物，如葡萄糖（糖尿病診斷）、尿素（腎功能診斷）、肌酸（肌肉疾病診斷）等。2.答：電化學(xué)免疫傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括：靈敏度高，可檢測(cè)痕量目標(biāo)物；響應(yīng)速度快；儀器設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低；易于實(shí)現(xiàn)微型化和集成化；可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。這些優(yōu)點(diǎn)使其在疾病快速診斷領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。3.答：核酸適配體通過(guò)與目標(biāo)分子特異性結(jié)合后，其構(gòu)象發(fā)生變化，這種變化可以影響其自身的光吸收特性、電化學(xué)活性、熒光發(fā)射強(qiáng)度或與熒光探針的結(jié)合能力等，通過(guò)檢測(cè)這些物理化學(xué)性質(zhì)的變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的檢測(cè)。例如，可用于檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物、病原體核酸等。其優(yōu)點(diǎn)是可體外快速篩選獲得，特異性高，生物相容性好。4.答：納米材料因其獨(dú)特的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，在增強(qiáng)傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性和生物相容性方面發(fā)揮著重要作用。例如：金屬納米粒子（如金納米粒子）具有表面等離子體共振效應(yīng)，可用于增強(qiáng)光學(xué)信號(hào)；碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和較大的比表面積，可用作電極材料或信號(hào)傳導(dǎo)通道；量子點(diǎn)具有可調(diào)的熒光發(fā)射波長(zhǎng)和高的熒光強(qiáng)度，可用于熒光傳感。這些納米材料可作為信號(hào)放大劑、識(shí)別元件或電極修飾材料。5.答：設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)用于疾病診斷的生化傳感器時(shí)，需要重點(diǎn)考慮：①特異性與選擇性：確保傳感器能準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)分析物，不受相關(guān)物質(zhì)干擾；②靈敏度與檢測(cè)限：要求足夠高的靈敏度和低的檢測(cè)限，以滿(mǎn)足臨床早期診斷的需求；③響應(yīng)時(shí)間：要求傳感器能快速給出響應(yīng)，滿(mǎn)足即時(shí)檢測(cè)的需求；④穩(wěn)定性與重現(xiàn)性：傳感器及其性能應(yīng)具有良好的時(shí)間和批次穩(wěn)定性；⑤生物相容性：若用于體內(nèi)或接近體表檢測(cè)，需考慮材料的生物安全性；⑥抗干擾能力：應(yīng)對(duì)樣品基質(zhì)中的復(fù)雜成分具有較好的耐受性；⑦成本與便攜性：考慮傳感器的制造成本、使用成本、儀器設(shè)備的便攜性等，以便于推廣應(yīng)用。五、綜合應(yīng)用/論述題（略，因題目要求無(wú)需提供答案，僅需解析思路）解析思路：1.（1）識(shí)別元件：選擇針對(duì)目標(biāo)腫瘤標(biāo)志物X的特異性抗體（Ab）作為識(shí)別元件。固定方法：可采用物理吸附（如利用電極表面的電荷或疏水性）、化學(xué)偶聯(lián)（如使用戊二醛或EDC/NHS交聯(lián)劑將抗體共價(jià)固定在固相載體表面，如磁珠、石墨烯片、金納米顆粒或傳感器電極上）等方式。（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換元件：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和信號(hào)類(lèi)型選擇。例如，可選玻碳電極作為基底，在其上修飾納米材料（如金納米顆粒）以增強(qiáng)電信號(hào)；或選擇三電極體系（工作電極、參比電極、對(duì)電極），工作電極為修飾有識(shí)別元件和信號(hào)增強(qiáng)材料的電極（如玻碳電極修飾抗體和金納米顆粒）。（3）信號(hào)放大策略：可采用多種策略。例如：酶放大策略（在抗體結(jié)合位點(diǎn)附近固定酶，如辣根過(guò)氧化物酶，目標(biāo)物結(jié)合后酶被激活，催化產(chǎn)生大量電活性產(chǎn)物）；納米粒子放大策略（利用納米粒子（如金納米顆粒）的催化效應(yīng)或表面等離子體共振效應(yīng)增強(qiáng)信號(hào)）；信號(hào)級(jí)聯(lián)放大策略（設(shè)計(jì)多層識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，如抗體-酶-底物-產(chǎn)物-指示劑體系）。（4）性能指標(biāo)：關(guān)鍵指標(biāo)包括靈敏度（檢測(cè)信號(hào)與目標(biāo)物濃度的關(guān)系）、檢測(cè)限（能可靠檢測(cè)出最低目標(biāo)物濃度的能力）、選擇性（區(qū)分目標(biāo)物與干擾物的能力）、響應(yīng)時(shí)間（達(dá)到穩(wěn)定信號(hào)所需的時(shí)間）、穩(wěn)定性（傳感