2025年大學(xué)《化學(xué)測(cè)量學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——電化學(xué)技術(shù)在酶分析中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述電化學(xué)分析法的三個(gè)基本過程，并說明在酶分析中，選擇哪種電化學(xué)方法更常用于構(gòu)建酶?jìng)鞲衅?，?jiǎn)要說明理由。二、什么是酶的固定化？列舉三種常見的酶固定化方法，并簡(jiǎn)述其中任意一種方法的原理及其在提高酶?jìng)鞲衅餍阅芊矫娴膬?yōu)勢(shì)。三、試述直接電子轉(zhuǎn)移型電化學(xué)酶?jìng)鞲衅鞯脑?。影響酶與電極發(fā)生直接電子轉(zhuǎn)移的因素有哪些？四、介體參與的電化學(xué)酶?jìng)鞲衅魇侨绾喂ぷ鞯模颗c直接電子轉(zhuǎn)移型傳感器相比，介體型傳感器有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？五、設(shè)計(jì)一個(gè)用于檢測(cè)尿液中過氧化氫的葡萄糖氧化酶電化學(xué)傳感器。請(qǐng)簡(jiǎn)述該傳感器的構(gòu)建思路，包括電極材料的選擇、酶的固定化方法、傳感器的響應(yīng)機(jī)理以及可能需要考慮的干擾因素及排除方法。六、電化學(xué)酶?jìng)鞲衅髟谏镝t(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域有哪些重要應(yīng)用？請(qǐng)列舉至少三個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例，并簡(jiǎn)要說明其檢測(cè)原理。七、當(dāng)前電化學(xué)酶?jìng)鞲衅骷夹g(shù)發(fā)展面臨哪些主要挑戰(zhàn)？從提高傳感器的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性等方面，提出至少三種可能的改進(jìn)策略。試卷答案一、電化學(xué)分析法的三個(gè)基本過程是：電極/溶液界面處的氧化還原反應(yīng)、電子在電極與電解液界面間的轉(zhuǎn)移、離子在電解液中的遷移以維持電荷平衡。在酶分析中，構(gòu)建酶?jìng)鞲衅鞒Ｓ玫碾娀瘜W(xué)方法是伏安法（特別是循環(huán)伏安法）。理由是伏安法能夠通過峰電流的大小直接反映酶的活性濃度，且儀器設(shè)備相對(duì)普及，操作簡(jiǎn)便，適合于多種酶的分析檢測(cè)。二、酶固定化是指將水溶性酶轉(zhuǎn)化為不溶性或疏水性形式，使其能夠在非水相或與反應(yīng)物分離的條件下重復(fù)使用的技術(shù)。常見的酶固定化方法有：①包埋法，將酶包埋在多孔載體（如瓊脂糖、聚丙烯酰胺）中；②吸附法，利用載體（如活性炭、二氧化硅）的物理吸附或離子交換作用固定酶；③共價(jià)結(jié)合法，通過化學(xué)鍵將酶分子共價(jià)連接到載體表面。以共價(jià)結(jié)合法為例，其原理是利用酶分子表面的活性基團(tuán)（如氨基、羧基）與載體上預(yù)先活化的官能團(tuán)（如環(huán)氧基、氨基）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵，從而將酶固定在載體上。其優(yōu)勢(shì)在于固定化酶的密度高，酶的活性保持較好，且酶不易從載體上脫落，重復(fù)使用性能好。三、直接電子轉(zhuǎn)移型電化學(xué)酶?jìng)鞲衅鞯墓ぷ髟硎牵好复呋孜锇l(fā)生氧化或還原反應(yīng)，該反應(yīng)伴隨的電子轉(zhuǎn)移可以直接發(fā)生在修飾有酶分子或與酶緊密接觸的導(dǎo)電電極上，產(chǎn)生的電流信號(hào)與酶活性濃度成正比。影響酶與電極發(fā)生直接電子轉(zhuǎn)移的因素主要有：①酶蛋白的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象；②酶與電極表面的接觸狀態(tài)和距離；③電極材料的電子結(jié)構(gòu)和對(duì)酶的生物相容性；④介質(zhì)的pH值和離子強(qiáng)度；⑤是否存在影響電子轉(zhuǎn)移的抑制劑。四、介體參與的電化學(xué)酶?jìng)鞲衅鞯墓ぷ髟硎牵好复呋孜锓磻?yīng)，但酶活性中心本身不直接參與電子轉(zhuǎn)移。而是利用酶催化的反應(yīng)產(chǎn)生或消耗可溶于溶液的有機(jī)小分子（介體），該介體具有氧化還原活性，能夠在酶催化的氧化或還原反應(yīng)驅(qū)動(dòng)下，在酶與電極之間進(jìn)行電子傳遞。電極通過循環(huán)掃描電位或施加電位差，驅(qū)動(dòng)介體在電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流信號(hào)。與直接電子轉(zhuǎn)移型傳感器相比，介體型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是拓寬了可檢測(cè)酶的范圍，特別是對(duì)于那些活性中心缺乏直接電子轉(zhuǎn)移能力的酶；缺點(diǎn)是傳感器的響應(yīng)通常較慢（因?yàn)樯婕敖轶w的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化步驟），可能存在介體的泄露問題，且介體的選擇和穩(wěn)定性對(duì)傳感器性能影響很大。五、設(shè)計(jì)一個(gè)用于檢測(cè)尿液中過氧化氫的葡萄糖氧化酶（GOx）電化學(xué)傳感器：構(gòu)建思路：選擇金（Au）作為工作電極材料，因其良好的導(dǎo)電性和生物相容性；采用共價(jià)結(jié)合法將GOx固定在經(jīng)過硫醇自組裝修飾的Au電極表面；構(gòu)建成三電極體系（工作電極Au/GOx、參比電極、對(duì)電極）；傳感器的響應(yīng)機(jī)理是：尿液中過氧化氫（H?O?）在電極表面被GOx催化氧化，產(chǎn)生的電子通過GOx與電極的共價(jià)連接或直接電子轉(zhuǎn)移（若GOx被直接固定并具有直接電子轉(zhuǎn)移能力）傳遞到電極，或在介體存在下通過介體傳遞到電極，在電極上產(chǎn)生與H?O?濃度成正比的電流信號(hào)；可能需要考慮的干擾因素有尿酸、膽紅素等，可通過對(duì)電極材料的選擇（如使用釕氧化還原酶修飾的電極進(jìn)行差分脈沖伏安法）或優(yōu)化電位掃描參數(shù)來提高選擇性；可通過使用交聯(lián)劑增強(qiáng)固定化酶層的穩(wěn)定性。六、電化學(xué)酶?jìng)鞲衅髟谏镝t(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的重要應(yīng)用有：①葡萄糖監(jiān)測(cè)：利用葡萄糖氧化酶?jìng)鞲衅鳈z測(cè)血液或組織液中的葡萄糖濃度，是糖尿病管理的常用工具。②腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)：例如，利用堿性磷酸酶、β-半乳糖苷酶等酶?jìng)鞲衅鳈z測(cè)血清中特定腫瘤標(biāo)志物的濃度。③心肌損傷標(biāo)志物檢測(cè)：利用肌酸激酶（CK）、肌紅蛋白等心肌酶的酶?jìng)鞲衅鳈z測(cè)心肌損傷。④藥物篩選與代謝研究：利用酶?jìng)鞲衅鲗?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥物在體內(nèi)的代謝過程或藥物對(duì)酶活性的影響。⑤微生物檢測(cè)：利用某些微生物產(chǎn)生的特異性酶（如脲酶、酯酶）的酶?jìng)鞲衅鬟M(jìn)行快速、靈敏的微生物檢測(cè)。七、當(dāng)前電化學(xué)酶?jìng)鞲衅骷夹g(shù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)有：酶的穩(wěn)定性（易失活、易降解）、傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與重復(fù)使用性、檢測(cè)限（靈敏度）不夠低、選擇性不足（受基質(zhì)干擾大）、傳感器的生物相容性和安全性、微型化和集成化程度、以及成本效益等。改進(jìn)策略：①提高酶穩(wěn)定性：采用更有效的固定化方法（如納米材料固定、核殼結(jié)構(gòu)）、進(jìn)行酶工程改造以增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性和氧化還原穩(wěn)定性。②提高靈敏度：采用高表面積電極材料、納米酶催化放大、信號(hào)放大策略（如酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)、納米材料催化）、優(yōu)化酶促反應(yīng)條件等。③提高選擇性：選擇對(duì)目標(biāo)酶具有高度