2025年納米工程學(xué)綜合測評考試及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于納米尺度的定義，最準(zhǔn)確的是（）。A.1-100納米的一維尺寸B.至少一維處于1-100納米的三維結(jié)構(gòu)C.所有維度均小于100納米的顆粒D.1-1000納米的二維薄膜2.下列納米材料制備方法中，屬于“自下而上”合成的是（）。A.聚焦離子束刻蝕B.分子束外延生長C.球磨法破碎塊體材料D.電子束光刻3.表征納米顆粒晶體結(jié)構(gòu)的最佳技術(shù)是（）。A.透射電子顯微鏡（TEM）高分辨成像B.原子力顯微鏡（AFM）表面形貌掃描C.X射線衍射（XRD）D.動態(tài)光散射（DLS）4.量子尺寸效應(yīng)顯著影響納米材料性質(zhì)的臨界尺寸通常小于（）。A.100納米B.50納米C.10納米D.1納米5.碳納米管的手性指數(shù)（n,m）決定其電學(xué)性質(zhì)，當(dāng)n=m時，碳納米管表現(xiàn)為（）。A.金屬性B.半導(dǎo)體性C.絕緣性D.超導(dǎo)性6.納米顆粒的表面效應(yīng)會導(dǎo)致其熔點與塊體材料相比（）。A.顯著升高B.基本不變C.顯著降低D.先升后降7.用于生物醫(yī)學(xué)的納米載體需滿足的關(guān)鍵要求不包括（）。A.良好的生物相容性B.可控的藥物釋放速率C.超順磁性（非必須）D.長循環(huán)穩(wěn)定性（避免被免疫系統(tǒng)清除）8.原子層沉積（ALD）技術(shù)的核心優(yōu)勢是（）。A.沉積速率快，適合大規(guī)模生產(chǎn)B.可在復(fù)雜形貌基底上實現(xiàn)原子級厚度控制C.無需真空環(huán)境，設(shè)備成本低D.適用于制備大尺寸納米線陣列9.納米傳感器中，表面等離子體共振（SPR）現(xiàn)象主要用于檢測（）。A.溫度變化B.微小質(zhì)量變化C.特定分子的結(jié)合D.機(jī)械應(yīng)力10.納米材料的環(huán)境風(fēng)險評估中，“遷移性”主要指（）。A.材料在生物體內(nèi)的代謝速率B.材料在水、土壤中的擴(kuò)散能力C.材料對細(xì)胞的穿透能力D.材料在制備過程中的揮發(fā)程度二、填空題（每空1分，共20分）1.納米材料的四大基本效應(yīng)是________、________、________和宏觀量子隧道效應(yīng)。2.化學(xué)氣相沉積（CVD）制備納米材料時，關(guān)鍵工藝參數(shù)包括________、________和反應(yīng)氣體比例。3.掃描探針顯微鏡（SPM）包括________和________兩種主要類型，分別用于表面形貌和力學(xué)/電學(xué)性質(zhì)表征。4.金納米顆粒的局域表面等離子體共振（LSPR）吸收峰位置與顆粒________、________和周圍介質(zhì)折射率密切相關(guān)。5.納米藥物載體的“EPR效應(yīng)”指________，其利用腫瘤組織的________特性實現(xiàn)被動靶向。6.碳點（CarbonDots）的主要熒光機(jī)制包括________和________，因其________優(yōu)勢在生物成像中應(yīng)用廣泛。7.納米復(fù)合材料的界面設(shè)計需考慮________匹配和________相互作用，以提升材料的力學(xué)或功能性能。三、簡答題（每題8分，共40分）1.比較化學(xué)氣相沉積（CVD）與原子層沉積（ALD）在納米薄膜制備中的差異，從沉積機(jī)理、厚度控制精度、基底適應(yīng)性三方面展開。2.說明納米顆粒表面修飾的常用方法（至少3種）及其目的。3.解釋為何納米氧化鋅（ZnONPs）在光催化領(lǐng)域具有優(yōu)勢，需結(jié)合其能帶結(jié)構(gòu)、比表面積和表面活性位點特性分析。4.簡述納米生物傳感器中“信號放大”的必要性及兩種實現(xiàn)策略（如酶催化、納米材料增強(qiáng)等）。5.分析納米材料毒性的主要機(jī)制，包括物理損傷、化學(xué)毒性和生物反應(yīng)三個層面。四、綜合題（20分）設(shè)計一種基于納米技術(shù)的靶向抗腫瘤藥物遞送系統(tǒng)，需明確以下內(nèi)容：（1）載體材料的選擇及依據(jù)（如聚合物、脂質(zhì)體、金屬有機(jī)框架等）；（2）靶向修飾策略（主動靶向與被動靶向的結(jié)合方式）；（3）藥物負(fù)載與釋放機(jī)制（響應(yīng)性設(shè)計，如pH、溫度、酶觸發(fā)）；（4）安全性評價的關(guān)鍵指標(biāo)（如生物降解性、免疫原性、器官蓄積）。2025年納米工程學(xué)綜合測評答案一、單項選擇題1.B2.B3.C4.C5.A6.C7.C8.B9.C10.B二、填空題1.表面效應(yīng)；小尺寸效應(yīng)；量子尺寸效應(yīng)2.沉積溫度；基底類型（或氣體流速）3.原子力顯微鏡（AFM）；掃描隧道顯微鏡（STM）4.尺寸；形狀（或長徑比）5.增強(qiáng)的滲透滯留效應(yīng)；血管高通透性和淋巴引流缺陷6.量子限域效應(yīng)；表面態(tài)發(fā)光；低毒性（或生物相容性）7.物理（如熱膨脹系數(shù)）；化學(xué)（如共價鍵/氫鍵）三、簡答題1.CVD與ALD的差異：-沉積機(jī)理：CVD通過氣相反應(yīng)物在基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜，反應(yīng)依賴溫度和濃度；ALD基于前驅(qū)體與基底表面的自限制反應(yīng)，分“脈沖-吹掃”循環(huán)進(jìn)行，每循環(huán)僅沉積單原子層。-厚度控制精度：CVD通常為納米級（±1-10nm），ALD可達(dá)原子級（±0.1nm）。-基底適應(yīng)性：CVD對復(fù)雜形貌基底（如深孔、多孔材料）覆蓋性較差，易出現(xiàn)厚度不均；ALD因自限制反應(yīng)，可在高縱橫比基底上實現(xiàn)保形沉積。2.表面修飾方法及目的：-硅烷化修飾：通過硅烷偶聯(lián)劑（如APTES）在納米顆粒表面接枝氨基、巰基等基團(tuán)，提高在極性溶劑中的分散性或功能化連接生物分子。-聚合物包覆（如聚乙二醇PEG）：形成空間位阻層，減少蛋白吸附和免疫清除，延長體內(nèi)循環(huán)時間。-抗體/多肽偶聯(lián)：通過共價鍵（如EDC/NHS交聯(lián)）連接靶向配體，實現(xiàn)對特定細(xì)胞（如腫瘤細(xì)胞）的主動靶向。3.納米ZnO的光催化優(yōu)勢：-能帶結(jié)構(gòu)：ZnO禁帶寬度約3.2eV（紫外光響應(yīng)），光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，可氧化分解有機(jī)污染物；通過摻雜（如N、S）可拓展至可見光響應(yīng)。-比表面積：納米級ZnO（如納米顆粒、納米片）比表面積大（>50m2/g），提供更多吸附位點和反應(yīng)界面。-表面活性位點：表面羥基（-OH）和氧空位豐富，促進(jìn)·OH自由基生成（關(guān)鍵氧化物種），提升催化效率。4.信號放大的必要性及策略：必要性：生物分子（如腫瘤標(biāo)志物）濃度極低（pM-fM級），直接檢測信號弱，需放大以提高靈敏度。策略：-酶催化放大：如辣根過氧化物酶（HRP）催化底物（TMB）生成顯色產(chǎn)物，信號強(qiáng)度與酶量成正比，間接放大目標(biāo)分子信號。-納米材料增強(qiáng)：金納米顆粒（AuNPs）的LSPR效應(yīng)可增強(qiáng)表面拉曼散射（SERS）信號；磁性納米顆粒（MNPs）富集目標(biāo)分子后，結(jié)合熒光標(biāo)記實現(xiàn)信號富集放大。5.納米材料毒性機(jī)制：-物理損傷：納米顆粒（如碳納米管）的高長徑比可能刺穿細(xì)胞膜，或在細(xì)胞器（如溶酶體）內(nèi)積累導(dǎo)致機(jī)械壓力，引發(fā)膜破裂。-化學(xué)毒性：表面未修飾的納米顆粒（如金屬氧化物）可能釋放有毒離子（如Zn2?、Cu2?），或通過Fenton反應(yīng)產(chǎn)生活性氧（ROS），氧化損傷DNA、蛋白質(zhì)。-生物反應(yīng)：納米顆粒被巨噬細(xì)胞吞噬后，激活NLRP3炎癥小體，誘導(dǎo)IL-1β等炎癥因子釋放，引發(fā)系統(tǒng)性炎癥；長期蓄積可能導(dǎo)致器官纖維化（如肺部）。四、綜合題（示例）靶向抗腫瘤藥物遞送系統(tǒng)設(shè)計（1）載體材料選擇：選用聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA），因其具有良好的生物降解性（降解產(chǎn)物為乳酸和羥基乙酸，可代謝排出）、可控的降解速率（通過調(diào)整LA/GA比例），且易于表面修飾（如PEG化）。（2）靶向修飾策略：-被動靶向：利用EPR效應(yīng)，設(shè)計PLGA納米顆粒尺寸為50-200nm（避免被腎臟清除，同時穿透腫瘤血管間隙）。-主動靶向：表面修飾靶向配體，如RGD多肽（靶向腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的整合素αvβ3）或抗HER2抗體（靶向HER2過表達(dá)的腫瘤細(xì)胞），通過酰胺鍵（EDC/NHS交聯(lián)）共價連接至PEG末端。（3）藥物負(fù)載與釋放機(jī)制：-負(fù)載：將疏水性藥物（如阿霉素）包埋于PLGA內(nèi)核（乳化-溶劑揮發(fā)法）；親水性藥物（如順鉑）可通過靜電作用吸附于表面修飾的氨基（-NH?）。-釋放：設(shè)計pH響應(yīng)性釋放，PLGA在腫瘤微環(huán)境（pH6.5）中水解速率加快，同時表面修飾的聚組氨酸（pH敏感聚合物）在酸性條件下質(zhì)子化，破壞納米顆粒結(jié)構(gòu)，加速藥物釋放；或引入二硫鍵（-S-S-），在腫瘤細(xì)胞內(nèi)高谷胱甘肽（GSH）環(huán)境中斷裂，觸發(fā)藥物突釋。（4）安全性評價指標(biāo)：-生物降解性：通過體外PBS緩沖液（pH7.4/6.5）降解實驗，檢測分子量變化及降解產(chǎn)物