2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——化學傳感技術在生物醫(yī)學中的應用考試時間：______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后的括號內）1.下列哪一項不是化學傳感器的基本組成部分？(A)敏感材料(B)換能器(C)信號處理系統(tǒng)(D)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2.在生物醫(yī)學傳感中，用于檢測特定蛋白質或抗原的抗體傳感器，其核心識別元件是？(A)電極表面(B)換能材料(C)抗體分子(D)緩沖溶液3.下列哪種生物分子常被用于制備選擇性識別小分子的傳感器？(A)神經元(B)核酸適配體(Aptamer)(C)成纖維細胞(D)血紅蛋白4.提高生物醫(yī)學傳感器靈敏度的常用方法之一是？(A)增大傳感器的表面積(B)降低傳感器的響應時間(C)減小檢測信號的噪聲(D)使用惰性電極材料5.用于檢測血液中葡萄糖濃度的無創(chuàng)傳感器，主要面臨的挑戰(zhàn)是？(A)提高對葡萄糖的特異性(B)實現(xiàn)對濃度微弱變化的檢測(C)滿足醫(yī)療級產品的長期穩(wěn)定性要求(D)以上都是6.下列哪種技術常用于制備具有特定識別位點的分子印跡聚合物傳感器？(A)活化連接(B)自組裝(C)原位聚合(D)等離子體刻蝕7.在細胞傳感器中，傳感界面通常需要具備的特性是？(A)良好的導電性(B)優(yōu)異的生物相容性(C)高的機械強度(D)(A)和(B)8.電化學阻抗譜（EIS）主要用來研究傳感器的？(A)電流-電壓關系(B)信號產生機制(C)電荷轉移過程和界面狀態(tài)(D)光譜響應特性9.將化學傳感器植入生物體內進行連續(xù)監(jiān)測，對其生物相容性提出了什么要求？(A)必須完全無毒(B)不能引起任何免疫反應(C)與生物組織長期接觸不產生不良效應(D)必須具備生物活性10.下列哪項不屬于化學傳感技術在藥物遞送領域的應用范疇？(A)設計響應藥物釋放的智能載體(B)開發(fā)實時監(jiān)測藥物體內濃度的傳感器(C)利用傳感器篩選具有特定活性的藥物分子(D)基于傳感器原理制備藥物緩釋膜二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.化學傳感器的選擇性是指傳感器對______物質的響應能力，而對______物質的響應能力極低。2.基于酶催化反應的傳感器通常稱為______傳感器，其靈敏度和響應速度通常較高。3.利用量子點作為信號報告單元的生物傳感器，主要利用了量子點的______特性。4.為了提高生物醫(yī)學傳感器的穩(wěn)定性和抗干擾能力，常需要對______進行表面修飾或保護。5.用于檢測細胞內特定離子濃度變化的傳感器，屬于______傳感器的一種。6.分子印跡技術模擬生物體中的______識別機制，制備具有特定識別位點的材料。7.光學傳感器利用物質的______、______或______等光學性質變化來檢測待測物。8.將傳感器植入活體組織或器官進行長期監(jiān)測，是______領域的重要發(fā)展方向。9.評價化學傳感器性能的常用指標除靈敏度外，還包括______、______和線性范圍等。10.腦機接口技術中應用的化學傳感器，主要用于檢測______或______等神經活動相關的信號。三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述酶傳感器的基本工作原理及其在生物醫(yī)學檢測中的優(yōu)勢。2.比較基于抗體傳感器和基于核酸適配體傳感器在識別特異性目標分子方面的異同。3.簡述化學傳感器在疾病早期診斷中可能發(fā)揮的作用。4.納米材料在生物醫(yī)學傳感器中通常具有哪些優(yōu)勢？四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述設計一種用于實時監(jiān)測細胞培養(yǎng)液中葡萄糖和乳酸濃度的傳感器的可能思路，包括敏感材料的選擇、信號轉換方式以及如何提高傳感器的選擇性和穩(wěn)定性。2.試述化學傳感技術在開發(fā)智能藥物遞送系統(tǒng)方面的應用前景和面臨的挑戰(zhàn)。五、設計題（10分）設計一個用于無創(chuàng)檢測人體血液中一氧化碳（CO）濃度的化學傳感器的初步方案。要求說明傳感器的核心工作原理、關鍵材料選擇（敏感材料、基底材料等）、信號轉換方式以及至少一種提高傳感器性能的方法。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(C)3.(B)4.(A)5.(D)6.(C)7.(D)8.(C)9.(C)10.(C)二、填空題1.特定；其他2.酶3.光學（或熒光）4.傳感器界面5.離子6.特異性（或識別）7.吸收光譜；發(fā)射光譜；散射光譜8.生物醫(yī)學（或臨床診斷）9.選擇性；響應時間10.神經遞質；代謝物三、簡答題1.解析思路：酶傳感器利用酶催化的特異性化學反應，導致傳感器信號（如電信號、光信號）發(fā)生可測量的變化。當目標分析物（底物）與固定在傳感器表面的酶接觸并被催化時，反應產物生成，引起傳感器信號的變化，通過校準曲線可定量分析目標分析物。優(yōu)勢在于酶具有高催化活性、高選擇性，因此傳感器靈敏度高、特異性強，響應速度快，且成本相對較低。2.解析思路：相同點：抗體和核酸適配體都是生物識別分子，具有高度的特異性，能夠識別并結合目標分析物。不同點：抗體是天然產生的免疫球蛋白，具有高度特異性但穩(wěn)定性、易得性和成本可能受限；核酸適配體是通過對特定分子進行體外篩選（SELEX）獲得的短鏈核酸分子（DNA或RNA），具有高度的特異性、易于化學合成、穩(wěn)定性較好且可大規(guī)模生產，但有時信號轉導可能較復雜。兩者都是構建高選擇性生物傳感器的常用識別元件。3.解析思路：化學傳感器可以快速、靈敏、便攜地檢測生物體液中或組織中的特定生物標志物（如腫瘤標志物、感染指標、代謝物、藥物濃度等），從而實現(xiàn)疾病的早期發(fā)現(xiàn)。例如，血糖傳感器用于糖尿病管理，甲胎蛋白傳感器用于肝癌篩查等。結合影像技術，還可實現(xiàn)體內病灶的定位和監(jiān)測。4.解析思路：納米材料在生物醫(yī)學傳感器中的優(yōu)勢包括：①表面效應顯著，比表面積大，有利于提高傳感器的靈敏度和響應速度；②易于功能化修飾，可以方便地固定識別分子或增強信號轉導；③具有獨特的光學、電學、磁學等物理化學性質，可用于設計新型傳感器的信號單元；④納米材料（如納米顆粒、納米線、碳納米管）本身可以作為傳感器的敏感材料或構建傳感器的微納結構。四、論述題1.解析思路：設計思路需考慮靈敏度和選擇性。敏感材料可選對葡萄糖和乳酸均有響應但選擇性較好的酶（如葡萄糖氧化酶、乳酸脫氫酶）或利用納米材料（如金納米粒子、碳納米管）的表面增強光譜效應或電化學效應。信號轉換方式可選電化學（如伏安法、阻抗譜）、光學（如熒光猝滅、比色法、表面增強拉曼光譜）或壓電等。提高選擇性和穩(wěn)定性的方法包括：①優(yōu)化識別元件（如使用多識別元件）；②選擇合適的基底材料并對其進行表面改性以增強生物相容性和穩(wěn)定性；③引入信號放大策略（如酶催化放大、納米材料放大）；④優(yōu)化傳感界面設計，減少干擾物質的影響。2.解析思路：應用前景：化學傳感技術可開發(fā)能實時監(jiān)測病灶部位微環(huán)境（如pH、氧濃度、特定代謝物濃度）的傳感器，用于智能控釋藥物，實現(xiàn)按需釋放；也可將傳感器集成到藥物載體上，作為藥物遞送系統(tǒng)的“開關”；此外，可開發(fā)用于篩選具有良好遞送性能的載體材料或評估藥物遞送效果的傳感器。面臨的挑戰(zhàn)：①傳感器的生物相容性、長期穩(wěn)定性及體內安全性；②如何實現(xiàn)傳感器與藥物載體的有效集成；③如何精確調控傳感器的響應閾值以實現(xiàn)真正的“智能”控制；④傳感信號的無線傳輸與處理；⑤成本控制和臨床轉化。五、設計題解析思路：方案需包含核心原理、材料選擇、信號轉換和性能提升。核心原理是基于CO與特定材料（如金屬氧化物、金屬配合物、酶）反應或物理作用（如與血液中的血紅蛋白結合導致光譜變化）產生可測信號。敏感材料可選對CO具有高選擇性光譜響應的材料（如摻雜型半導體、金屬有機框架MOFs、特定的金屬配合物）或利用CO與血紅蛋白結合光譜變化的原理?；撞牧峡蛇x導電玻璃、柔性基底等。信號轉換方式可選光學（如CO引起材料吸收光譜/熒光光譜變化，通過光譜儀檢測；或利用CO血紅蛋白結合導致的血紅蛋白吸收光譜變化，通過分光光度計或脈