2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——生物傳感器技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.生物傳感器通常由敏感元件和換能器組成，其中敏感元件的主要功能是()。A.產(chǎn)生可測量的電信號B.將生物識別反應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換為電信號或其他可測信號C.對環(huán)境中的干擾信號進(jìn)行濾波D.提供能量供給2.下列哪種材料通常用作酶傳感器的酶固定化載體？()A.納米金B(yǎng).聚氯乙烯(PVC)C.聚丙烯酰胺凝膠D.石墨烯3.當(dāng)生物識別分子與目標(biāo)分析物特異性結(jié)合后，引起敏感元件的某種物理或化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，進(jìn)而被換能器檢測，這種現(xiàn)象體現(xiàn)了生物傳感器的()。A.選擇性B.靈敏度C.響應(yīng)特性D.特異性4.在電化學(xué)生物傳感器中，利用酶催化氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流信號或改變電極電位的技術(shù)屬于()。A.酶催化放大B.電化學(xué)阻抗法C.氧化還原指示劑法D.電極去極化法5.以下哪項技術(shù)不屬于生物傳感器敏感元件的制備方法？()A.吸附法B.包埋法C.交聯(lián)法D.薄膜沉積法6.用于檢測體液中特定蛋白質(zhì)或抗體的傳感器通常屬于()。A.酶傳感器B.抗原抗體傳感器C.微生物傳感器D.組織傳感器7.傳感器輸出信號的大小與其濃度之間符合線性關(guān)系的范圍被稱為()。A.穩(wěn)定性B.精密度C.線性范圍D.檢測限8.在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，便攜式血糖儀屬于哪種檢測設(shè)備？()A.實驗室分析儀B.中央實驗室檢測C.即時檢測(POCT)D.遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)9.利用光纖作為換能器，通過檢測反射光或透射光的變化來分析生物分子相互作用的傳感器是()。A.光纖化學(xué)傳感器B.光纖生物傳感器C.光纖壓電傳感器D.光纖熱敏傳感器10.涉及基因序列檢測的生物傳感器，其敏感元件通常是基于()。A.酶的催化活性B.抗原抗體結(jié)合C.DNA/RNA的雜交特異性D.微生物的代謝活性二、填空題1.生物傳感器是一種將待測生物量轉(zhuǎn)化為可定量檢測的________的分析工具。2.常見的電化學(xué)換能器包括________電極、________電極和壓電晶體。3.固定化酶是酶傳感器的重要組成部分，其目的是使酶分子________，并保持其活性。4.評價生物傳感器性能的重要指標(biāo)除了靈敏度、選擇性外，還包括________、響應(yīng)時間和檢測限。5.在抗體抗原傳感器中，抗體或抗原被固定在傳感器表面，與溶液中的相應(yīng)分析物結(jié)合，導(dǎo)致________發(fā)生變化。6.用于臨床床旁實時監(jiān)測的血糖檢測屬于生物傳感器在________領(lǐng)域的應(yīng)用。7.基于納米材料（如碳納米管、金納米顆粒）構(gòu)建的生物傳感器通常具有更高的________和更快的響應(yīng)速度。8.生物傳感器按生物敏感元件可分為酶傳感器、微生物傳感器、________傳感器、細(xì)胞傳感器和DNA/RNA傳感器等。9.光學(xué)生物傳感器利用光學(xué)原理檢測生物識別反應(yīng)，常見的檢測信號包括________強(qiáng)度、相位或偏振態(tài)的變化。10.將生物傳感器應(yīng)用于體內(nèi)實時監(jiān)測（如植入式傳感器）是當(dāng)前研究的一個重要發(fā)展方向，旨在實現(xiàn)________。三、名詞解釋1.生物識別元件2.換能器3.抗原抗體傳感器4.即時檢測(POCT)四、簡答題1.簡述酶傳感器的工作原理。2.生物傳感器敏感元件的固定化方法有哪些？并簡述其中一種的原理。3.與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法相比，生物傳感器在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域有哪些主要優(yōu)勢？4.簡述影響生物傳感器選擇性的主要因素。五、論述題論述電化學(xué)生物傳感器在臨床即時檢測（POCT）中的應(yīng)用前景及其面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.A5.D6.B7.C8.C9.B10.C二、填空題1.化學(xué)量或物理量2.氧化還原，離子選擇3.定位固定4.穩(wěn)定性5.電荷或電位6.醫(yī)學(xué)診斷7.靈敏度8.抗體9.光吸收或光散射10.無創(chuàng)監(jiān)測三、名詞解釋1.生物識別元件:指能夠特異性識別和結(jié)合目標(biāo)分析物（生物分子或離子等）的生物分子或生物結(jié)構(gòu)，如酶、抗體、抗原、酶標(biāo)物、適配體、DNA/RNA等。2.換能器:指將生物識別元件產(chǎn)生的可測信號（通常是物理或化學(xué)變化）轉(zhuǎn)換為電信號、光信號、熱信號等其他可方便檢測和量化的信號的裝置。3.抗原抗體傳感器:指利用抗原與抗體之間高度特異性的結(jié)合反應(yīng)作為生物識別基礎(chǔ)，通過換能器檢測這種結(jié)合事件所產(chǎn)生的信號變化，用于檢測相應(yīng)抗原或抗體的生物傳感器。4.即時檢測(POCT):指在患者旁邊（Point-of-Care）進(jìn)行的、能夠快速（通常在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)）獲得檢測結(jié)果的一種檢測模式或技術(shù)，適用于臨床床旁、急診室、家庭、社區(qū)診所等非中心實驗室環(huán)境。四、簡答題1.簡述酶傳感器的工作原理。酶傳感器的工作原理是：將催化目標(biāo)分析物（底物）發(fā)生特定化學(xué)反應(yīng)的酶作為生物識別元件固定在合適的載體上，并將其與換能器相結(jié)合。當(dāng)含有目標(biāo)分析物的樣品與傳感器接觸時，如果分析物是酶的底物，則酶會催化其發(fā)生反應(yīng)。該生物催化反應(yīng)會導(dǎo)致酶所在區(qū)域的某種物理或化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化（例如，產(chǎn)生氣體、消耗或生成電子、改變pH值等），這個變化被換能器檢測并轉(zhuǎn)換為可測量的信號（如電流、電壓、電阻、光信號等）。通過測量該信號的強(qiáng)度，就可以定量或半定量地分析樣品中目標(biāo)分析物的濃度。2.生物傳感器敏感元件的固定化方法有哪些？并簡述其中一種的原理。生物傳感器敏感元件的固定化方法主要包括：吸附法、包埋法、交聯(lián)法、載體法等。以吸附法為例，其原理是將未經(jīng)過化學(xué)修飾或經(jīng)過簡單處理的生物分子（如酶、抗體）直接吸附到具有良好生物相容性和物理化學(xué)性質(zhì)的固相載體表面。這種固定主要依靠生物分子與載體材料之間的物理吸附力（如范德華力、靜電引力等）。該方法操作簡單、快速、成本低，且通常能較好地保持生物分子的活性和生物識別能力，但固定牢度可能不高，生物分子容易脫落。3.與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法相比，生物傳感器在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域有哪些主要優(yōu)勢？生物傳感器在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的主要優(yōu)勢包括：*高靈敏度與選擇性:能夠檢測痕量分析物，且對目標(biāo)分析物具有高度特異性，抗干擾能力強(qiáng)。*快速響應(yīng):檢測過程通常迅速，可在短時間內(nèi)獲得結(jié)果，滿足即時診斷需求。*微型化與便攜化:可制成小型化、便攜式甚至植入式設(shè)備，方便床旁、急診、家庭甚至野外使用。*操作簡便:分析過程通常簡化，所需樣品量少，有時無需復(fù)雜的前處理步驟。*實時監(jiān)測:可用于連續(xù)或原位實時監(jiān)測，如動態(tài)血糖監(jiān)測、心肌缺血監(jiān)測等。*多參數(shù)檢測:可通過設(shè)計不同的敏感元件陣列實現(xiàn)多種分析物的同步檢測。4.簡述影響生物傳感器選擇性的主要因素。影響生物傳感器選擇性的主要因素包括：*生物識別元件的特異性:敏感元件（如酶、抗體、適配體）與目標(biāo)分析物之間結(jié)合的特異性是選擇性的基礎(chǔ)。元件與相關(guān)類似物（干擾物）之間的親和力差異越大，選擇性越好。*固定化方式:固定化過程可能改變生物分子的構(gòu)象和活性位點，影響其與目標(biāo)分析物的結(jié)合能力，從而影響選擇性。物理吸附通常保留較高選擇性，而交聯(lián)或包埋可能因空間位阻等因素降低選擇性。*換能器的響應(yīng)特性:換能器對目標(biāo)分析物產(chǎn)生的信號響應(yīng)是否單一，是否容易受到其他物質(zhì)產(chǎn)生的信號干擾，也會影響整體傳感器的選擇性。*環(huán)境條件:溶液的pH值、離子強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素可能影響生物識別反應(yīng)和信號轉(zhuǎn)換過程，進(jìn)而影響選擇性。優(yōu)化操作條件有助于提高選擇性。*信號放大策略:使用的信號放大方法（如酶催化放大、化學(xué)放大）如果引入了非特異性相互作用，可能會降低選擇性。五、論述題論述電化學(xué)生物傳感器在臨床即時檢測（POCT）中的應(yīng)用前景及其面臨的主要挑戰(zhàn)。電化學(xué)生物傳感器以其高靈敏度、快速響應(yīng)、易于微型化、成本相對較低等優(yōu)點，在臨床即時檢測（POCT）領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。應(yīng)用前景:1.即時血糖監(jiān)測:無創(chuàng)或微創(chuàng)血糖儀是電化學(xué)生物傳感器在POCT中最成功的應(yīng)用之一，極大地便利了糖尿病患者進(jìn)行日常血糖管理。2.心肌標(biāo)志物檢測:如肌鈣蛋白（Troponin）的快速檢測，可在急診室等場景早期發(fā)現(xiàn)心肌損傷，為搶救贏得時間。3.傳染病快速篩查:可用于檢測病原體相關(guān)抗體、抗原或核酸片段，實現(xiàn)對流感、艾滋病、肝炎等的快速初步篩查。4.多重參數(shù)檢測:通過微流控芯片等技術(shù)集成多個電化學(xué)檢測單元，可在單一樣本中同時檢測多種生物標(biāo)志物（如乳酸、丙酮酸、電解質(zhì)、特定蛋白質(zhì)等），適用于危重病人監(jiān)護(hù)。5.床旁監(jiān)測設(shè)備:將復(fù)雜的電化學(xué)生物傳感器集成到小型化、自動化的設(shè)備中，用于監(jiān)測患者血液氣體、腎功能指標(biāo)等。6.可穿戴/植入式設(shè)備:結(jié)合微納制造技術(shù)，開發(fā)可穿戴或植入體內(nèi)的電化學(xué)生物傳感器，用于長期、無創(chuàng)或微創(chuàng)地監(jiān)測生理信號（如血糖、心電、特定激素等）。面臨的挑戰(zhàn):1.穩(wěn)定性與壽命:傳感器（尤其是基于生物材料的部分）在重復(fù)使用、不同存儲條件或體溫變化下的長期穩(wěn)定性和檢測壽命仍是關(guān)鍵問題。2.小型化與集成:將復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)（包括樣品處理、反應(yīng)、檢測、信號處理）微型化并高度集成，同時保證性能，技術(shù)難度大。3.信號噪聲比:提高檢測信號強(qiáng)度，降低背景噪聲（如電噪聲、生物噪聲），以實現(xiàn)更高靈敏度和更低的檢測限，是持續(xù)努力的方向。4.生物相容性:對于植入式或長期接觸體內(nèi)的傳感器，材料的生物相容性、安全性以及可能引發(fā)的免疫反應(yīng)或組織排斥是需要嚴(yán)格考慮的