2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——仿生學(xué)與化學(xué)測(cè)量學(xué)的交叉研究考試時(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)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.仿生傳感器的設(shè)計(jì)理念主要源于對(duì)自然界生物感知機(jī)制的模仿，以下哪項(xiàng)不屬于常見(jiàn)的學(xué)習(xí)對(duì)象？（）A.酶的高效催化與特異性識(shí)別B.抗體與抗原之間的特異性結(jié)合C.昆蟲的視覺(jué)成像原理D.基因表達(dá)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)2.在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)仿生傳感器時(shí)，其“選擇性”通常指的是？（）A.傳感器對(duì)目標(biāo)分析物響應(yīng)的靈敏度B.傳感器在復(fù)雜基質(zhì)中對(duì)目標(biāo)分析物識(shí)別的準(zhǔn)確性，盡量減少干擾物的影響C.傳感器能夠承受的極限工作條件范圍D.傳感器信號(hào)產(chǎn)生和恢復(fù)的速度3.利用電極表面固定酶或抗體來(lái)檢測(cè)特定物質(zhì)的方法，屬于哪種類型的仿生傳感器？（）A.仿生結(jié)構(gòu)傳感器B.仿生功能傳感器C.仿生信號(hào)處理傳感器D.仿生采樣傳感器4.以下哪種材料或結(jié)構(gòu)常被用作構(gòu)建仿生傳感器的界面，以模擬生物膜的選擇透過(guò)性？（）A.金屬氧化物納米顆粒B.具有特定孔徑和化學(xué)官能團(tuán)的介孔材料（如MCM-41）C.石墨烯D.傳統(tǒng)的疏水/親水聚合物薄膜5.仿生傳感器的靈敏度（檢測(cè)限）通常較高，其主要優(yōu)勢(shì)在于能夠？（）A.消除環(huán)境干擾B.在非常低的分析物濃度下實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)C.提高傳感器的響應(yīng)速度D.降低傳感器的制造成本6.將仿生傳感器的原理應(yīng)用于環(huán)境樣品（如水樣）中痕量污染物（如重金屬離子、農(nóng)藥）的檢測(cè)，主要體現(xiàn)了仿生學(xué)在化學(xué)測(cè)量學(xué)中的哪個(gè)方面？（）A.結(jié)構(gòu)仿生B.功能仿生C.材料仿生D.信息處理仿生7.“仿細(xì)胞”傳感器通常具有類似細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，其核心優(yōu)勢(shì)在于？（）A.高靈敏度和高選擇性B.能夠在模擬體內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)C.制備方法簡(jiǎn)單易行D.成本極低8.仿生傳感器的信號(hào)輸出方式多種多樣，除了電信號(hào)（如電流、電壓、電阻）外，還可能包括？（）A.光信號(hào)（如熒光、化學(xué)發(fā)光）B.聲信號(hào)C.熱信號(hào)D.以上都是9.在生物傳感器中，作為識(shí)別元件的生物分子（如酶、抗體）與其靶分子（如底物、抗原）發(fā)生相互作用后，產(chǎn)生的變化可以直接或間接地轉(zhuǎn)換為可測(cè)信號(hào)，這個(gè)過(guò)程體現(xiàn)了？（）A.仿生傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制B.仿生傳感器的選擇性原理C.仿生傳感器的穩(wěn)定性要求D.化學(xué)測(cè)量學(xué)的信號(hào)放大技術(shù)10.隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在構(gòu)建具有更高性能（如靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性）的仿生傳感器方面發(fā)揮著重要作用，這主要體現(xiàn)了？（）A.仿生學(xué)與材料科學(xué)的交叉B.仿生學(xué)與微流控技術(shù)的結(jié)合C.仿生學(xué)與光譜分析技術(shù)的融合D.仿生學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上）1.仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的________、原理和規(guī)律，并將其應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科。2.仿生傳感器是將仿生學(xué)原理與化學(xué)測(cè)量技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種新型________。3.基于酶催化反應(yīng)的仿生傳感器通常被稱為________傳感器，其檢測(cè)信號(hào)通常與酶促反應(yīng)速率相關(guān)。4.利用抗體與抗原之間高度特異性的結(jié)合來(lái)檢測(cè)抗原物質(zhì)的仿生傳感器，通常稱為________傳感器或免疫傳感器。5.為了提高仿生傳感器的性能和應(yīng)用范圍，常需要對(duì)其進(jìn)行________（例如增加傳質(zhì)速率、提高生物分子負(fù)載量等）。6.仿生傳感器的穩(wěn)定性通常包括________穩(wěn)定性和________穩(wěn)定性兩個(gè)方面。7.將仿生傳感器的概念應(yīng)用于微流控芯片，可以開發(fā)出集成化、自動(dòng)化程度高的________分析系統(tǒng)。8.仿生學(xué)思想指導(dǎo)下的化學(xué)測(cè)量學(xué)發(fā)展，使得檢測(cè)手段朝著________（如更高靈敏度、更高選擇性、更小型化、更低成本）的方向發(fā)展。9.在設(shè)計(jì)仿生傳感器時(shí)，選擇合適的________（如酶、抗體、分子印跡聚合物）是獲得良好性能的關(guān)鍵。10.仿生傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，除了環(huán)境監(jiān)測(cè)和生物醫(yī)學(xué)診斷外，還包括________、食品安全等領(lǐng)域。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述仿生傳感器相比于傳統(tǒng)化學(xué)傳感器的主要優(yōu)勢(shì)。2.簡(jiǎn)述酶?jìng)鞲衅鞯幕竟ぷ髟怼?.簡(jiǎn)述抗原抗體傳感器（親和傳感器）的主要應(yīng)用領(lǐng)域。4.簡(jiǎn)述仿生學(xué)思想在提高化學(xué)測(cè)量傳感器性能方面的具體體現(xiàn)。四、論述題（10分）結(jié)合具體實(shí)例，論述仿生學(xué)在化學(xué)測(cè)量學(xué)領(lǐng)域中的指導(dǎo)意義和發(fā)展前景。五、設(shè)計(jì)題（20分）設(shè)計(jì)一個(gè)用于檢測(cè)水體中低濃度甲醛（HCHO）的仿生傳感器的初步方案。要求說(shuō)明傳感器的仿生基礎(chǔ)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、信號(hào)輸出方式，并簡(jiǎn)述其潛在優(yōu)勢(shì)。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.B6.B7.B8.D9.A10.A二、填空題1.結(jié)構(gòu)與功能2.傳感器3.仿酶4.仿抗體（或親和）5.優(yōu)化6.時(shí)間與環(huán)境7.微流控8.智能化9.識(shí)別元件10.工業(yè)安全三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比仿生傳感器與傳統(tǒng)傳感器在靈敏度、選擇性、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、成本、仿生性等方面。仿生傳感器利用生物系統(tǒng)的高效特異性識(shí)別（高選擇性）、酶催化等（高靈敏度潛力）、結(jié)構(gòu)仿生等，通常具有優(yōu)勢(shì)。*答案要點(diǎn)：高選擇性、高靈敏度（潛力）、快速響應(yīng)、環(huán)境友好、易于微型化、可模擬生物體內(nèi)環(huán)境等。2.解析思路：聚焦酶?jìng)鞲衅鞯暮诵模好?信號(hào)轉(zhuǎn)換器。酶作為識(shí)別元件，與目標(biāo)分析物（底物）發(fā)生特異性催化反應(yīng)，導(dǎo)致酶活性變化（如活性增加或降低），此變化進(jìn)而引起傳感器信號(hào)（電化學(xué)、光學(xué)等）的變化。*答案要點(diǎn)：酶作為識(shí)別元件，能與目標(biāo)分析物（底物）發(fā)生特異性催化反應(yīng)；反應(yīng)導(dǎo)致酶活性變化；酶活性變化引起傳感器信號(hào)變化。3.解析思路：聚焦抗原抗體結(jié)合的特異性和應(yīng)用。該結(jié)合具有極高的特異性，因此傳感器可用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)的抗原或抗體。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，與生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)緊密相關(guān)。*答案要點(diǎn)：利用抗體與抗原的高度特異性結(jié)合；可用于檢測(cè)抗原或抗體；廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷（疾病檢測(cè)、病原體檢測(cè)）、生物醫(yī)學(xué)研究、食品安全（檢測(cè)殘留激素、病原體）等。4.解析思路：思考仿生學(xué)如何為化學(xué)測(cè)量學(xué)帶來(lái)性能提升。從結(jié)構(gòu)上模仿生物高效識(shí)別/反應(yīng)結(jié)構(gòu)；從功能上模仿生物傳感機(jī)制（如酶催化放大）；從信息處理上模仿生物信號(hào)整合方式；材料上模仿生物材料特性等。*答案要點(diǎn)：結(jié)構(gòu)仿生（模擬生物識(shí)別位點(diǎn)提高選擇性）；功能仿生（模擬生物催化放大信號(hào)提高靈敏度）；材料仿生（利用生物相容性、穩(wěn)定性材料）；系統(tǒng)仿生（模擬生物檢測(cè)與信息處理過(guò)程）。四、論述題解析思路：此題要求綜合論述，需從仿生學(xué)的意義（解決現(xiàn)有方法的不足、提供新思路）和發(fā)展（具體應(yīng)用、未來(lái)趨勢(shì)）兩方面展開。結(jié)合實(shí)例，說(shuō)明仿生學(xué)如何啟發(fā)化學(xué)測(cè)量學(xué)在靈敏度、選擇性、智能化、微型化等方面的進(jìn)步，并展望與新材料、新技術(shù)的結(jié)合前景。*答案要點(diǎn)：*意義：解決傳統(tǒng)方法在復(fù)雜體系選擇性差、靈敏度低等問(wèn)題；提供新的設(shè)計(jì)思路和靈感（如高效識(shí)別單元、信號(hào)放大機(jī)制、穩(wěn)定生物界面）；推動(dòng)化學(xué)測(cè)量學(xué)向智能化、生物兼容化方向發(fā)展。*實(shí)例：如仿酶?jìng)鞲衅饔糜诟哽`敏度檢測(cè)、仿細(xì)胞傳感器用于模擬體內(nèi)環(huán)境檢測(cè)、基于生物膜/界面的傳感器用于高選擇性檢測(cè)等。*發(fā)展前景：與納米技術(shù)結(jié)合（提高靈敏度、集成度）；與微流控技術(shù)結(jié)合（實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、快速分析）；與人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合（用于信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析）；開發(fā)新型仿生智能傳感器等。五、設(shè)計(jì)題解析思路：設(shè)計(jì)題開放性較大，但需包含關(guān)鍵要素。首先明確仿生基礎(chǔ)（選擇何種生物元件或原理，如利用甲醛脫氫酶的催化活性、或利用某些微生物對(duì)甲醛的感應(yīng)機(jī)制、或模擬酶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子印跡）。然后描述結(jié)構(gòu)（如何固定識(shí)別元件、如何連接信號(hào)轉(zhuǎn)換部分）。闡述原理（識(shí)別元件如何與甲醛作用，作用如何導(dǎo)致信號(hào)變化）。說(shuō)明信號(hào)輸出方式（如電化學(xué)信號(hào)、光學(xué)信號(hào)）。最后論述優(yōu)勢(shì)（如高選擇性、高靈敏度、環(huán)境友好、可能成本低等）。需體現(xiàn)將仿生思想融入傳感器設(shè)計(jì)的全過(guò)程。*答案要點(diǎn)（需包含以下要素，可自行展開細(xì)節(jié)）：*仿生基礎(chǔ)：例如，選擇甲醛脫氫酶作為識(shí)別元件，利用其催化甲醛氧化產(chǎn)生信號(hào)；或者設(shè)計(jì)基于甲醛響應(yīng)分子印跡聚合物（MIP）的仿生界面。*基本結(jié)構(gòu)：例如，將酶固定在電極表面（酶固定在載體如石墨烯、金納米顆粒上，再修飾電極）或制備MIP薄膜覆蓋在傳感元件表面，下方連接信號(hào)轉(zhuǎn)換器（如電化學(xué)三電極體系、或與光纖等結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)）。*工作原理：例如，酶催化甲醛氧化反應(yīng)，反應(yīng)消耗底物或產(chǎn)生產(chǎn)物，導(dǎo)致酶活性中心性