2025年大學(xué)《化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——微生物傳感技術(shù)在醫(yī)學(xué)治療中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本大題共5小題，每小題2分，共10分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。）1.下列哪項(xiàng)不屬于化學(xué)測量學(xué)中傳感器的基本組成部分？A.生物識別層B.信號轉(zhuǎn)換層C.數(shù)據(jù)處理層D.傳輸層2.在微生物傳感器中，利用微生物作為生物識別元件，直接或間接識別目標(biāo)分析物，體現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢。以下哪種微生物處理方式通常不利于保持其生物活性？A.吸附法B.包埋法C.共價(jià)結(jié)合法D.直接培養(yǎng)法3.微生物傳感器在醫(yī)學(xué)治療中，可用于快速檢測臨床樣本中的病原體。其高靈敏度的主要來源之一是利用微生物群落產(chǎn)生的特征性代謝信號。以下哪種信號通常不被用作微生物傳感的生物標(biāo)志物？A.代謝產(chǎn)物（如二氧化碳、乳酸）B.光學(xué)信號（如生物發(fā)光、熒光）C.電阻/電容變化D.磁性響應(yīng)4.對于用于抗菌藥物篩選的微生物傳感器，其重要的性能指標(biāo)是響應(yīng)選擇性。這意味著傳感器應(yīng)能夠：A.對不同種類的微生物產(chǎn)生明顯不同的信號響應(yīng)B.僅對目標(biāo)微生物產(chǎn)生信號響應(yīng)，而對其他微生物無響應(yīng)或響應(yīng)很弱C.在較短時(shí)間內(nèi)完成對微生物的檢測D.對低濃度目標(biāo)微生物表現(xiàn)出高信號強(qiáng)度5.將游離的微生物用于檢測目標(biāo)分析物時(shí)，常遇到的問題之一是微生物易發(fā)生團(tuán)聚，影響接觸效率和分析結(jié)果。以下哪種技術(shù)或方法不利于解決微生物團(tuán)聚問題？A.微流控技術(shù)B.添加表面活性劑C.選擇合適的固定化載體D.提高檢測溫度二、填空題（本大題共5空，每空2分，共10分。）6.微生物傳感器的性能評價(jià)指標(biāo)中，__________反映了傳感器對目標(biāo)分析物產(chǎn)生響應(yīng)的快慢程度。7.在構(gòu)建固定化微生物傳感器時(shí)，__________法是將微生物包裹在半透膜或凝膠材料中。8.利用微生物的代謝活動(dòng)導(dǎo)致電極電位發(fā)生變化來檢測目標(biāo)物，這是微生物__________傳感器的原理。9.微生物傳感器在實(shí)時(shí)監(jiān)測人體內(nèi)的病原菌感染情況方面具有巨大潛力，可用于輔助__________。10.為了提高微生物傳感器的穩(wěn)定性和重復(fù)性，對固定化微生物的制備工藝和__________條件需要進(jìn)行優(yōu)化。三、名詞解釋（本大題共4小題，每小題3分，共12分。）11.生物識別層12.換能器13.生物膜14.傳感器的選擇性四、簡答題（本大題共4小題，每小題5分，共20分。）15.簡述微生物傳感器相比于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法在檢測病原體方面的主要優(yōu)勢。16.簡述構(gòu)建固定化微生物傳感器的主要方法及其各自的特點(diǎn)。17.簡述生物發(fā)光型微生物傳感器的基本工作原理。18.簡述微生物傳感器在抗菌藥物研發(fā)中可能發(fā)揮的作用。五、論述題（本大題共1小題，共18分。）19.論述將微生物傳感技術(shù)應(yīng)用于臨床即時(shí)診斷（Point-of-CareTesting,POCT）面臨的挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。試卷答案一、選擇題（本大題共5小題，每小題2分，共10分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。）1.D*解析：傳感器的基本組成包括能夠識別目標(biāo)分析物的生物識別層和能夠?qū)⒆R別信號轉(zhuǎn)換為可測量信號的換能器。數(shù)據(jù)處理層和傳輸層并非傳感器本身的必備組成部分，雖然在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中可能存在。2.C*解析：共價(jià)結(jié)合法通常涉及將微生物或其組分通過共價(jià)鍵固定在載體上，此過程可能涉及化學(xué)修飾或處理，容易導(dǎo)致微生物失去原有的生物活性。吸附法、包埋法、直接培養(yǎng)法相對溫和，更有利于保持生物活性。3.D*解析：微生物傳感器的生物標(biāo)志物通常是其代謝活動(dòng)產(chǎn)生的可測量信號，如氣體（CO2,H2,乳酸）、熒光或生物發(fā)光信號、電信號（電阻、電容變化）等。磁性響應(yīng)通常不是微生物代謝的直接產(chǎn)物或信號，而是利用磁性材料作為換能器或標(biāo)記物。4.B*解析：響應(yīng)選擇性是指傳感器對目標(biāo)分析物與其他干擾物質(zhì)區(qū)分開來的能力。高選擇性意味著傳感器能特異性地檢測目標(biāo)微生物，避免其他共存物質(zhì)的干擾，這是抗菌藥物篩選等應(yīng)用的關(guān)鍵要求。5.B*解析：添加表面活性劑通常是為了降低表面張力，減少團(tuán)聚，但這可能對微生物活性產(chǎn)生不利影響。微流控技術(shù)通過精確控制流體環(huán)境可減少團(tuán)聚；選擇合適的固定化載體能提供合適的微環(huán)境防止團(tuán)聚；提高檢測溫度可能加劇團(tuán)聚或?qū)е率Щ?。二、填空題（本大題共5空，每空2分，共10分。）6.響應(yīng)時(shí)間*解析：響應(yīng)時(shí)間是指傳感器從接觸目標(biāo)分析物到產(chǎn)生可測量的穩(wěn)定信號所需的時(shí)間，是評價(jià)傳感器快速性的重要指標(biāo)。7.包埋*解析：包埋法是將微生物包裹在具有一定孔隙率和通透性的惰性或半透性材料（如聚合物凝膠）中，形成固定化生物膜。8.電化學(xué)*解析：電化學(xué)傳感器利用微生物代謝活動(dòng)引起的電極電位、電流或電阻等電學(xué)參數(shù)的變化來檢測目標(biāo)分析物。9.診斷*解析：微生物傳感器可以實(shí)時(shí)、快速地檢測體內(nèi)病原菌，為臨床診斷提供即時(shí)信息，輔助醫(yī)生進(jìn)行診斷決策。10.操作*解析：除了固定化工藝，傳感器的操作條件（如溫度、pH、離子強(qiáng)度、孵育時(shí)間等）也會顯著影響其性能和穩(wěn)定性，需要進(jìn)行優(yōu)化。三、名詞解釋（本大題共4小題，每小題3分，共12分。）11.生物識別層：指傳感器中直接與目標(biāo)分析物接觸并發(fā)生特異性識別作用的部分，通常是具有生物活性的酶、抗體、核酸或活細(xì)胞等。12.換能器：指傳感器中將生物識別層產(chǎn)生的微弱信號（如化學(xué)、生物信號）轉(zhuǎn)換為可測量信號（如電信號、光信號、壓力信號等）的組件。13.生物膜：指微生物（主要是細(xì)菌）在固體表面聚集，并通過細(xì)胞外聚合物基質(zhì)粘附、生長形成的微生物群落結(jié)構(gòu)。14.傳感器的選擇性：指傳感器能夠?qū)δ繕?biāo)分析物產(chǎn)生響應(yīng)，同時(shí)有效抑制或消除類似物、干擾物存在時(shí)對響應(yīng)信號的影響的能力。四、簡答題（本大題共4小題，每小題5分，共20分。）15.簡述微生物傳感器相比于傳統(tǒng)化學(xué)分析方法在檢測病原體方面的主要優(yōu)勢。*解析：微生物傳感器具有高靈敏度，可檢測到極低濃度的病原體；響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測；操作相對簡單，可能接近樣品檢測現(xiàn)場（POCT）；生物相容性好，特異性強(qiáng)；成本相對較低，適合大規(guī)模應(yīng)用。這些優(yōu)勢使其在快速診斷、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域顯示出巨大潛力。16.簡述構(gòu)建固定化微生物傳感器的主要方法及其各自的特點(diǎn)。*解析：主要方法包括吸附法（利用物理吸附或離子鍵合固定微生物，操作簡單快速但穩(wěn)定性差）、包埋法（將微生物包裹在凝膠或聚合物基質(zhì)中，保護(hù)性好，穩(wěn)定性高但傳質(zhì)可能受限）、共價(jià)結(jié)合法（通過化學(xué)鍵將微生物固定在載體表面，結(jié)合牢固但可能影響活性）、交聯(lián)法（使用交聯(lián)劑使微生物自身或與載體交聯(lián)，穩(wěn)定性好）。各有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)應(yīng)用需求選擇。17.簡述生物發(fā)光型微生物傳感器的基本工作原理。*解析：該類傳感器利用某些微生物（如熒光假單胞菌）在特定底物存在下會發(fā)出可測量的生物發(fā)光信號（光子）的原理。當(dāng)傳感器與含有目標(biāo)分析物的樣品接觸時(shí)，若目標(biāo)物能被微生物利用或誘導(dǎo)其發(fā)光系統(tǒng)，則發(fā)光強(qiáng)度會發(fā)生相應(yīng)變化。通過測量光強(qiáng)變化即可判斷目標(biāo)物的存在與濃度。18.簡述微生物傳感器在抗菌藥物研發(fā)中可能發(fā)揮的作用。*解析：微生物傳感器可用于快速篩選抗菌藥物的有效性，通過監(jiān)測目標(biāo)微生物在藥物存在下的生長抑制情況（如生物發(fā)光、電阻變化等）來評估藥物效果。此外，還可用于檢測細(xì)菌的耐藥性，通過觀察傳感器信號對已知敏感藥物和耐藥菌株的不同響應(yīng)來篩選耐藥性標(biāo)志物，輔助新藥研發(fā)和耐藥性監(jiān)測。五、論述題（本大題共1小題，共18分。）19.論述將微生物傳感技術(shù)應(yīng)用于臨床即時(shí)診斷（Point-of-CareTesting,POCT）面臨的挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。*解析：挑戰(zhàn)主要包括：①傳感器的穩(wěn)定性和長期可靠性難以保證，尤其是在非理想環(huán)境條件下；②生物膜的形成可能影響傳感器的性能和壽命；③信號易受環(huán)境因素（溫度、pH、電噪聲等）干擾，導(dǎo)致準(zhǔn)確性下降；④傳感器的