2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)傳遞反應(yīng)在醫(yī)學(xué)影像中的應(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)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.在正電子發(fā)射斷層掃描（PET）中，放射性核素標(biāo)記的葡萄糖類似物（如FDG）主要通過哪種生物化學(xué)途徑被攝取到細(xì)胞內(nèi)？A.主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)依賴特定載體B.被動(dòng)擴(kuò)散，濃度梯度驅(qū)動(dòng)C.帶電離子交換D.細(xì)胞外分泌2.下列哪種化學(xué)傳遞過程是磁共振成像（MRI）中順磁性造影劑發(fā)揮作用的直接原因？A.原子核的自旋進(jìn)動(dòng)B.化學(xué)交換弛豫C.自旋-自旋弛豫D.局部磁場(chǎng)的不均勻性被增強(qiáng)或抑制3.化學(xué)傳遞反應(yīng)在醫(yī)學(xué)影像中，通常指涉的是放射性核素或顯像劑在生物系統(tǒng)內(nèi)的哪種變化過程？A.化學(xué)鍵的斷裂與形成B.分子構(gòu)型的旋轉(zhuǎn)與振動(dòng)C.在不同生物部位間的分布、代謝和排泄D.與生物大分子的非特異性吸附4.對(duì)于用于PET的放射性藥物，除了靶向性強(qiáng)和生物相容性好外，通常還要求其具有良好的？A.放射化學(xué)穩(wěn)定性B.超常的親脂性C.強(qiáng)烈的熒光發(fā)射D.高生物降解率5.在放射性核素標(biāo)記過程中，使用親電試劑（如NCS）標(biāo)記含有醇羥基的化合物，這通常屬于哪種類型的化學(xué)反應(yīng)？A.酸堿反應(yīng)B.氧化還原反應(yīng)C.親核取代反應(yīng)D.偶聯(lián)反應(yīng)6.MRI造影劑增強(qiáng)效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間取決于其？A.原子序數(shù)B.在血液中的清除速度C.與血液和組織間交換的速率D.產(chǎn)生的熱量多少7.SPECT（單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描）與PET相比，其主要使用的放射性核素通常是？A.正電子發(fā)射核素B.β?發(fā)射核素C.α發(fā)射核素D.γ發(fā)射核素8.影響放射性藥物在目標(biāo)器官濃集效率的生理因素不包括？A.血液流率B.器官的血容量C.放射性核素的物理半衰期D.藥物與靶組織的結(jié)合親和力9.在化學(xué)傳遞反應(yīng)研究中，熱力學(xué)參數(shù)（如ΔG）主要反映了？A.反應(yīng)發(fā)生的速率B.反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度C.反應(yīng)所需的活化能D.反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度10.資源化學(xué)專業(yè)背景下，評(píng)價(jià)一種新型放射性顯像劑時(shí)，需要考慮其核資源（如核素豐度、生產(chǎn)難度）和化學(xué)合成（如方法學(xué)、成本）的可行性，這體現(xiàn)了？A.跨學(xué)科整合的視角B.純粹的化學(xué)合成考量C.僅醫(yī)學(xué)影像的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)D.核安全與輻射防護(hù)的要求二、簡答題（每小題5分，共25分。請(qǐng)將答案寫在題干后的橫線上或指定位置）11.簡述化學(xué)傳遞反應(yīng)在醫(yī)學(xué)影像中扮演的角色。12.簡述放射性核素標(biāo)記方法中，親核取代反應(yīng)（SN2）的基本原理及其在顯像劑合成中的應(yīng)用。13.簡述MRI中T1弛豫和T2弛豫的基本概念及其與造影劑增強(qiáng)的關(guān)系。14.簡述PET與SPECT在成像原理、空間分辨率、掃描時(shí)間等方面的主要區(qū)別。15.從資源化學(xué)的角度，簡述開發(fā)新型醫(yī)學(xué)影像探針時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。三、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)將答案寫在題干后的橫線上或指定位置）16.論述化學(xué)傳遞反應(yīng)過程對(duì)放射性藥物在醫(yī)學(xué)影像中最終成像質(zhì)量的影響。17.論述開發(fā)一種基于化學(xué)傳遞反應(yīng)的新型腫瘤顯像探針時(shí)，需要經(jīng)過的關(guān)鍵步驟和需要考慮的生物學(xué)、化學(xué)及醫(yī)學(xué)問題。18.結(jié)合具體實(shí)例，論述化學(xué)傳遞反應(yīng)原理在磁共振造影劑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并分析其面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.A*解析思路：FDG（氟代脫氧葡萄糖）進(jìn)入細(xì)胞主要是通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUTs）介導(dǎo)的，這是一種典型的依賴特定載體（GLUTs）的主動(dòng)或易化擴(kuò)散過程。2.D*解析思路：MRI造影劑通過縮短周圍水分子的自旋-晶格弛豫時(shí)間（T1）或自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2*），改變局部磁場(chǎng)環(huán)境，從而在圖像上產(chǎn)生對(duì)比增強(qiáng)。這與造影劑分子與水分子間的化學(xué)交換或與磁場(chǎng)不均勻性的相互作用有關(guān)，但直接增強(qiáng)/抑制不均勻性是其作用的核心機(jī)制。3.C*解析思路：醫(yī)學(xué)影像（尤其是核醫(yī)學(xué)影像）的核心在于探測(cè)放射性核素或顯像劑在體內(nèi)的空間分布變化，這種變化過程正是其化學(xué)傳遞（包括分布、代謝、排泄）的體現(xiàn)。4.A*解析思路：放射性藥物在體內(nèi)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，任何化學(xué)分解都可能導(dǎo)致放射性核素泄漏，影響成像質(zhì)量和患者安全，因此化學(xué)穩(wěn)定性是首要要求。5.C*解析思路：醇羥基是親核試劑，NCS（甲磺酸氯）是典型的親電試劑，兩者發(fā)生取代反應(yīng)時(shí)，醇氧負(fù)離子進(jìn)攻NCS的碳原子，屬于親核取代反應(yīng)中的SN2機(jī)制。6.C*解析思路：造影劑增強(qiáng)效果的持續(xù)時(shí)間（即圖像的“顯影時(shí)間”）與其在血液和組織間的交換速率密切相關(guān)。交換快則增強(qiáng)效應(yīng)短暫，交換慢則增強(qiáng)效應(yīng)持續(xù)。7.D*解析思路：SPECT使用的是能發(fā)生γ射線衰變的放射性核素，如??mTc、111In、??Ga等，探測(cè)這些核素發(fā)射的γ光子來成像。8.C*解析思路：放射性核素的物理半衰期是其固有屬性，由核物理決定，不隨生理?xiàng)l件變化，而其他選項(xiàng)都是生理因素，會(huì)影響藥物在體內(nèi)的分布。9.B*解析思路：熱力學(xué)函數(shù)（如ΔG）判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行以及進(jìn)行的方向和限度，ΔG<0表示反應(yīng)自發(fā)有利?；瘜W(xué)傳遞反應(yīng)的方向性是其能否有效在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)靶向富集的基礎(chǔ)。10.A*解析思路：同時(shí)考慮核資源（物理化學(xué)、資源學(xué)范疇）和化學(xué)合成（化學(xué)范疇）的可行性，是典型的跨學(xué)科整合思維方式在專業(yè)實(shí)踐中的體現(xiàn)。二、簡答題11.化學(xué)傳遞反應(yīng)在醫(yī)學(xué)影像中扮演著將外源性顯像劑（如放射性核素標(biāo)記物或造影劑）引入生物體內(nèi)部，并調(diào)控其在特定位置（如病灶部位）富集、代謝或與生物大分子相互作用的關(guān)鍵角色。通過精確控制或研究這些化學(xué)傳遞過程（如核素標(biāo)記、藥物偶聯(lián)、體內(nèi)分布、排泄路徑等），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物過程、細(xì)胞狀態(tài)或組織結(jié)構(gòu)的可視化，從而為疾病診斷、監(jiān)測(cè)、預(yù)后評(píng)估和藥物研發(fā)提供重要信息。12.親核取代反應(yīng)（SN2）是一種基元化學(xué)反應(yīng)，其特點(diǎn)是親核試劑（如醇氧負(fù)離子）從背面進(jìn)攻帶有部分正電荷的親電中心（如碳原子），同時(shí)離去基團(tuán)（如鹵離子）以平面三角形過渡態(tài)離開。在放射性藥物合成中，SN2反應(yīng)常用于將放射性核素（通常以標(biāo)記試劑的形式出現(xiàn)，作為親電部分）引入含有醇羥基或硫醇基團(tuán)的生物活性分子上，實(shí)現(xiàn)標(biāo)記。13.T1弛豫是指MRI中橫向磁化矢量恢復(fù)到平衡狀態(tài)的速度，反映的是質(zhì)子與周圍環(huán)境（如自旋晶格，即分子環(huán)境）的能量交換效率。T1加權(quán)成像（T1WI）利用短的重復(fù)時(shí)間（TR）和長的時(shí)間間隔（TE），主要顯示T1弛豫快的組織（如脂肪、血液）。MRI造影劑（如含釓Gd的螯合物）能加速質(zhì)子與水的T1弛豫，導(dǎo)致富含水分的組織（如水腫、腫瘤）信號(hào)增強(qiáng)。T2弛豫是指質(zhì)子自旋系統(tǒng)在自身相互作用下，橫向磁化矢量衰減到零的速度，反映的是質(zhì)子間的自旋-自旋相互作用。T2加權(quán)成像（T2WI）利用長的TR和短的TE，主要顯示T2弛豫慢的組織（如水含量高的腦脊液、囊腫）。某些造影劑（如含釓Gd的螯合物）雖然對(duì)T1弛豫影響大，但也能通過“質(zhì)子交換效應(yīng)”影響T2弛豫，產(chǎn)生T2*加權(quán)效果。14.PET使用正電子發(fā)射核素（如1?F,11C,12?I），通過探測(cè)正電子與電子湮滅產(chǎn)生的γ射線（能量約511keV，呈對(duì)角發(fā)射），進(jìn)行斷層成像。SPECT使用單光子發(fā)射核素（如??mTc,111In,??Ga），通過探測(cè)核素衰變產(chǎn)生的單一能量γ射線（通常較低，如140keV），經(jīng)過準(zhǔn)直器采集，進(jìn)行斷層成像。區(qū)別在于：空間分辨率上，PET通常高于SPECT；掃描時(shí)間上，PET對(duì)于動(dòng)態(tài)過程或功能成像通常更快；成像原理上，PET基于湮滅γ射線，SPECT基于單一γ射線采集；核素種類上，PET核素多為短半衰期正電子核素，需同位素發(fā)生器或加速器供應(yīng)，SPECT核素多為較長半衰期單光子核素，相對(duì)易于生產(chǎn)和運(yùn)輸。15.從資源化學(xué)的角度開發(fā)新型醫(yī)學(xué)影像探針時(shí)，需要考慮的關(guān)鍵因素包括：①核資源因素，如目標(biāo)放射性核素的天然豐度、半衰期（物理與生物）、生產(chǎn)方式（加速器、核反應(yīng)堆、同位素發(fā)生器）的可行性、成本及可持續(xù)性；②化學(xué)合成因素，如放射性核素標(biāo)記方法（化學(xué)、生物）的效率、特異性、穩(wěn)定性（化學(xué)與輻射穩(wěn)定性）、操作簡便性、成本；③探針本身特性，如分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生物相容性、與靶標(biāo)的結(jié)合親和力與特異性、體內(nèi)分布特性（靶向性、清除途徑）、成像性能（靈敏度、分辨率）。三、論述題16.化學(xué)傳遞反應(yīng)過程對(duì)放射性藥物在醫(yī)學(xué)影像中的最終成像質(zhì)量具有決定性影響。首先，放射性核素標(biāo)記反應(yīng)的效率、選擇性和穩(wěn)定性直接影響探針的初始活性濃度和體內(nèi)穩(wěn)定性，進(jìn)而影響信號(hào)強(qiáng)度和成像質(zhì)量。其次，探針分子（包括標(biāo)記部分和配體部分）的化學(xué)性質(zhì)、生物相容性以及與靶組織的化學(xué)相互作用（如與受體結(jié)合的特異性、親和力）決定了其在體內(nèi)的分布模式，即能否在目標(biāo)病灶部位實(shí)現(xiàn)有效濃集，從而影響圖像的對(duì)比度和病變檢出率。此外，探針的代謝和排泄途徑也是化學(xué)傳遞過程的一部分，其速率和最終產(chǎn)物可能影響圖像的動(dòng)態(tài)信息或產(chǎn)生干擾信號(hào)。因此，精確控制和優(yōu)化化學(xué)傳遞的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是獲得高質(zhì)量醫(yī)學(xué)影像的關(guān)鍵。17.開發(fā)一種基于化學(xué)傳遞反應(yīng)的新型腫瘤顯像探針通常需要經(jīng)過以下關(guān)鍵步驟：①靶向分子識(shí)別與確證：研究腫瘤細(xì)胞表面或內(nèi)部的特定分子標(biāo)志物（如受體、酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白），確定其作為靶向靶點(diǎn)的可行性。②探針分子設(shè)計(jì)與合成：基于靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高親和力和選擇性的配體分子，并考慮引入能被成像設(shè)備探測(cè)的基團(tuán)（如放射性核素、MRI造影劑）。③放射化學(xué)合成與純化：采用高效、特異、穩(wěn)定的化學(xué)傳遞反應(yīng)（如標(biāo)記反應(yīng)）將放射性核素引入探針分子，并進(jìn)行純化和質(zhì)量控制。④體外評(píng)價(jià)：在細(xì)胞水平或組織水平評(píng)估探針的靶向性（與腫瘤細(xì)胞/組織的結(jié)合能力）、特異性（與正常組織區(qū)分能力）、生物分布和初步成像性能。⑤體內(nèi)評(píng)價(jià)：在動(dòng)物模型（如小鼠）中評(píng)估探針的藥代動(dòng)力學(xué)（吸收、分布、代謝、排泄）、生物相容性、輻射安全性以及真實(shí)的腫瘤成像能力（靈敏度、分辨率、成像時(shí)間窗）。⑥臨床轉(zhuǎn)化探索：基于動(dòng)物研究結(jié)果，評(píng)估向臨床試驗(yàn)轉(zhuǎn)化的可行性。需要考慮的生物學(xué)問題包括靶點(diǎn)的表達(dá)與調(diào)控、腫瘤異質(zhì)性；化學(xué)問題包括標(biāo)記反應(yīng)效率與穩(wěn)定性、探針的化學(xué)穩(wěn)定性與免疫原性；醫(yī)學(xué)問題包括成像劑量的確定、圖像判讀標(biāo)準(zhǔn)、臨床應(yīng)用價(jià)值等。18.化學(xué)傳遞反應(yīng)原理在磁共振造影劑設(shè)計(jì)中有廣泛應(yīng)用。例如，T1造影劑（如含釓Gd的螯合物）的設(shè)計(jì)基于配位化學(xué)，通過將Gd3?離子與具有未成對(duì)電子或空軌道的配體（如DTPA、BOPTA）螯合，形成具有高穩(wěn)定性的配合物。這種化學(xué)傳遞（配位鍵形成）不僅確保了Gd3?在血液中的穩(wěn)定性，防止游離Gd3?的毒性，還通過Gd3?的空d軌道與水分子快速交換，極大地加速了水的T1弛豫，從而在T1WI上實(shí)現(xiàn)組織增強(qiáng)。T2*造影劑（如含超順磁性氧化鐵SPIO或鈷鐵氧體CFO的納米顆粒）的設(shè)計(jì)則利用了膠體化學(xué)和材料化