2025年高三生物高考生物傳感器模擬試題一、選擇題（每題2分，共30分）生物傳感器的核心功能是將生物物質(zhì)濃度轉(zhuǎn)化為可檢測信號，其關(guān)鍵組件不包括以下哪項(xiàng)？A.酶電極作為生物識別元件B.壓電晶體作為信號轉(zhuǎn)換器C.數(shù)據(jù)存儲芯片作為信號放大裝置D.抗體分子作為特異性識別物質(zhì)某同學(xué)設(shè)計(jì)血糖檢測裝置，使用葡萄糖氧化酶固定化膜與氧電極組合，其工作原理涉及的生物學(xué)反應(yīng)類型是：A.水解反應(yīng)釋放氧氣B.氧化反應(yīng)消耗氧氣C.還原反應(yīng)產(chǎn)生電子D.脫水縮合生成ATP免疫傳感器利用抗原-抗體特異性結(jié)合檢測病原體，此類傳感器的識別元件屬于：A.酶生物傳感器B.核酸生物傳感器C.親和型生物傳感器D.代謝型生物傳感器植入式連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)采用三電極系統(tǒng)，其中參比電極的主要作用是：A.催化葡萄糖氧化反應(yīng)B.提供穩(wěn)定的電勢參考C.放大微弱電流信號D.防止電極表面生物污染太赫茲超材料生物傳感器通過電磁波頻率變化檢測生物分子，其檢測原理與下列哪項(xiàng)技術(shù)最相似？A.PCR擴(kuò)增技術(shù)B.熒光標(biāo)記技術(shù)C.質(zhì)譜分析技術(shù)D.抗原抗體雜交技術(shù)某環(huán)境監(jiān)測站使用微生物傳感器監(jiān)測水體中酚類污染物，其響應(yīng)信號來源于微生物的：A.呼吸作用強(qiáng)度變化B.細(xì)胞膜透性改變C.基因表達(dá)產(chǎn)物積累D.鞭毛運(yùn)動頻率變化柔性生物傳感器采用銀納米線/硅膠復(fù)合材料，其優(yōu)勢不包括：A.提高電極導(dǎo)電性B.增強(qiáng)材料生物相容性C.降低檢測限至納摩爾級D.適應(yīng)皮膚表面彎曲變形無細(xì)胞生物傳感器利用重組酶與DNA片段構(gòu)建檢測體系，其核心技術(shù)依賴于：A.細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)B.基因編輯技術(shù)C.酶固定化技術(shù)D.干細(xì)胞分化技術(shù)臨床檢測中，通過檢測血液中CA125濃度篩查卵巢癌，此類生物傳感器屬于：A.組織傳感器B.腫瘤標(biāo)志物傳感器C.電化學(xué)免疫傳感器D.光學(xué)生物傳感器人工智能輔助的生化傳感系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：A.自主校準(zhǔn)電極漂移B.替代生物識別元件C.消除樣本基質(zhì)干擾D.降低檢測成本場效應(yīng)管生物傳感器（FET）的信號輸出形式是：A.電流變化B.電壓變化C.頻率變化D.光強(qiáng)度變化某同學(xué)使用絲網(wǎng)印刷電極檢測唾液葡萄糖，實(shí)驗(yàn)中需控制的無關(guān)變量是：A.電極材料的導(dǎo)電性B.唾液樣本的pH值C.葡萄糖氧化酶的活性D.檢測環(huán)境的溫度生物傳感器用于4-羥基苯乙酸生產(chǎn)質(zhì)控時，其監(jiān)測指標(biāo)是：A.底物轉(zhuǎn)化率B.產(chǎn)物濃度變化C.發(fā)酵液溶氧量D.微生物數(shù)量壓電生物傳感器通過石英晶體諧振頻率變化檢測生物分子結(jié)合，其原理基于：A.質(zhì)量效應(yīng)B.光電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.磁阻效應(yīng)融合AI的生物傳感系統(tǒng)在新冠病毒檢測中，AI算法的主要作用是：A.設(shè)計(jì)引物序列B.優(yōu)化抗原抗體結(jié)合條件C.分析多傳感器數(shù)據(jù)D.合成特異性抗體二、非選擇題（共70分）（一）填空題（每空1分，共10分）生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換模塊可將生物反應(yīng)產(chǎn)生的__________、__________或__________等物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為電信號。酶傳感器中常用的固定化方法包括__________、和，其中__________法對酶活性影響最小。工業(yè)發(fā)酵過程中，生物傳感器可實(shí)時監(jiān)測__________和__________等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)調(diào)控。（二）簡答題（共20分）簡述電化學(xué)生物傳感器中“三明治夾心結(jié)構(gòu)”的組成及工作原理（8分）。分析比較光學(xué)與電化學(xué)兩類生物傳感器在醫(yī)療檢測中的優(yōu)缺點(diǎn)（12分）。（三）實(shí)驗(yàn)題（共22分）某研究小組欲開發(fā)基于乳酸脫氫酶（LDH）的乳酸傳感器，用于運(yùn)動后血乳酸檢測。請回答下列問題：（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該傳感器的特異性，寫出實(shí)驗(yàn)思路（6分）。（2）若傳感器檢測信號隨時間衰減，推測可能的原因并提出改進(jìn)措施（8分）。（3）實(shí)驗(yàn)測得不同乳酸濃度對應(yīng)的電流值如下表，請繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算檢測限（8分）。乳酸濃度（mmol/L）0.10.51.05.010.0電流值（μA）2.38.715.242.678.5（四）綜合題（共18分）閱讀下列材料，回答問題：材料一：某團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“人工胰島”系統(tǒng)整合了葡萄糖傳感器、AI算法和胰島素泵，可實(shí)時監(jiān)測血糖并自動注射胰島素。傳感器采用皮下植入式柔性電極，通過檢測葡萄糖氧化產(chǎn)生的H?O?濃度變化輸出電流信號。材料二：該系統(tǒng)在臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)部分患者血糖檢測值波動較大的問題，研究發(fā)現(xiàn)與電極表面蛋白質(zhì)吸附導(dǎo)致的“生物污損”有關(guān)。（1）分析“人工胰島”系統(tǒng)中生物傳感器的工作原理（6分）。（2）提出兩種解決生物污損問題的技術(shù)方案（6分）。（3）從穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)角度，說明該系統(tǒng)如何模擬人體胰島B細(xì)胞的功能（6分）。參考答案與解析一、選擇題C解析：數(shù)據(jù)存儲芯片不屬于生物傳感器的核心組件，其關(guān)鍵組件包括生物識別元件（如酶、抗體）、信號轉(zhuǎn)換器（如壓電晶體）和信號放大裝置（如場效應(yīng)管）。B解析：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化為葡萄糖酸，同時消耗氧氣，氧電極通過檢測溶解氧濃度變化間接反映血糖水平。C解析：免疫傳感器基于抗原-抗體特異性結(jié)合（親和作用），屬于親和型生物傳感器；代謝型傳感器則依賴生物組分的代謝反應(yīng)（如酶催化）。B解析：三電極系統(tǒng)中，參比電極提供穩(wěn)定電勢參考，工作電極催化反應(yīng)產(chǎn)生電流，對電極平衡電流回路。B解析：太赫茲傳感器與熒光標(biāo)記技術(shù)均通過電磁波（太赫茲波/可見光）的物理性質(zhì)變化（頻率/強(qiáng)度）檢測生物分子。A解析：微生物傳感器通過檢測微生物呼吸作用（如耗氧量、CO?生成量）變化反映污染物濃度，屬于代謝型傳感器。C解析：柔性材料主要改善機(jī)械性能和生物相容性，降低檢測限通常依賴納米材料修飾或信號放大技術(shù)。C解析：無細(xì)胞系統(tǒng)核心是將酶、DNA等生物分子固定于載體，不依賴活細(xì)胞培養(yǎng)，關(guān)鍵技術(shù)為酶固定化。B解析：CA125是卵巢癌腫瘤標(biāo)志物，此類傳感器屬于腫瘤標(biāo)志物傳感器，檢測原理可能涉及電化學(xué)或光學(xué)方法。A解析：AI算法可通過機(jī)器學(xué)習(xí)識別電極漂移模式并自主校準(zhǔn)，提高檢測穩(wěn)定性；無法替代生物識別元件或消除干擾。B解析：場效應(yīng)管（FET）通過柵極表面生物分子結(jié)合引起的電勢變化，輸出電壓信號。A解析：電極材料導(dǎo)電性是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的自變量，唾液pH、酶活性、溫度均為需控制的無關(guān)變量。B解析：工業(yè)質(zhì)控中生物傳感器直接監(jiān)測目標(biāo)產(chǎn)物（4-羥基苯乙酸）濃度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時反饋調(diào)控。A解析：壓電傳感器基于石英晶體表面質(zhì)量變化（生物分子結(jié)合）導(dǎo)致諧振頻率改變，屬于質(zhì)量效應(yīng)。C解析：AI算法可整合多傳感器數(shù)據(jù)（如光學(xué)、電化學(xué)信號），提高病毒檢測的靈敏度和特異性。二、非選擇題pH變化、溫度變化、光強(qiáng)度變化物理吸附法、化學(xué)交聯(lián)法、包埋法；物理吸附法底物濃度、產(chǎn)物濃度組成：捕獲抗體層、目標(biāo)抗原層、檢測抗體-酶標(biāo)記物層（3分）。原理：捕獲抗體特異性結(jié)合抗原，檢測抗體攜帶酶分子與抗原結(jié)合形成夾心結(jié)構(gòu)，酶催化底物產(chǎn)生可檢測信號（如電流、熒光），信號強(qiáng)度與抗原濃度正相關(guān)（5分）。光學(xué)傳感器：優(yōu)點(diǎn)：無電極污染、檢測速度快、可多通道并行檢測（3分）；缺點(diǎn)：易受樣本濁度干擾、儀器成本高（3分）。電化學(xué)傳感器：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高（達(dá)pM級）、微型化集成、成本低（3分）；缺點(diǎn)：易受電活性物質(zhì)干擾、電極需定期校準(zhǔn)（3分）。（1）實(shí)驗(yàn)思路：設(shè)置三組樣本，分別加入等濃度的乳酸、葡萄糖、丙酮酸，檢測傳感器響應(yīng)電流；若僅乳酸組產(chǎn)生顯著電流，則證明特異性（6分）。（2）原因：酶分子脫落、電極表面鈍化、樣本中蛋白質(zhì)吸附（4分）；措施：采用戊二醛交聯(lián)固定酶、電極表面修飾PEG抗污層、定期電化學(xué)清洗（4分）。（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線：以乳酸濃度為橫坐標(biāo)，電流值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，呈線性關(guān)系（R2>0.99）；檢測限：根據(jù)3倍信噪比計(jì)算，約為0.05mmol/L（8分）。（1）原理：葡萄糖在傳感器工作電極表面被氧化，產(chǎn)生H?O?；H?O?分解產(chǎn)生電子，形成與葡萄糖濃度成正比的