2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 纳米颗粒在生物医学中的应用

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——纳米颗粒在生物医学中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在括号内）1.下列哪种纳米颗粒材料因其表面等离子体共振效应而常被用于生物传感和肿瘤成像？（）A.量子点B.碳纳米管C.金纳米颗粒D.聚合物纳米粒2.在纳米药物递送系统中，利用肿瘤血管内皮细胞的过度渗透性（EPR效应）实现被动靶向的纳米颗粒主要是？（）A.脂质体B.磁性纳米颗粒C.亲水聚合物纳米粒D.亲脂性聚合物纳米粒3.下列哪种方法通常不用于提高纳米颗粒的细胞内吞效率？（）A.磁场引导B.表面连接靶向配体C.利用细胞膜的流动性D.增加纳米颗粒的亲水性4.纳米颗粒在生物体内的主要代谢器官是？（）A.心脏B.肾脏C.肝脏和脾脏D.小肠5.光热疗法（PTT）利用纳米颗粒吸收特定波长的光并转化为热能来杀伤癌细胞，最常用的光热纳米材料是？（）A.金属氧化物纳米颗粒（如Fe3O4,TiO2）B.金属硫族化合物纳米颗粒（如CdSe）C.金纳米棒/壳D.聚合物纳米粒6.对于需要穿越血脑屏障（BBB）递送药物到脑部的纳米载体，通常需要具备的特性是？（）A.大尺寸和正电荷B.小尺寸和负电荷C.小尺寸和正电荷，或利用特殊转运机制D.大尺寸和负电荷7.以下哪项不是纳米颗粒生物安全性的潜在风险？（）A.诱导细胞凋亡B.肿瘤靶向富集C.慢性炎症反应D.过敏反应8.SERS（表面增强拉曼散射）效应在生物医学诊断中主要利用其？（）A.光热转换能力B.强大的磁场响应C.高灵敏度和特异性检测生物分子D.优异的细胞穿透能力9.用于基因递送的纳米载体需要具备的主要功能是？（）A.高效的体外增殖能力B.在体内长期稳定性和低免疫原性C.快速的体内清除D.易于大规模化学合成10.将纳米颗粒与抗体、多肽等生物分子结合，利用其特异性识别靶点实现靶向递送或诊断的策略属于？（）A.主动靶向策略B.被动靶向策略C.增强渗透和滞留（EPR）效应D.磁靶向策略二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.__________纳米颗粒因其独特的光学性质（如尺寸依赖的光致发光）在生物标记和成像方面有广泛应用。2.纳米颗粒的表面修饰可以通过引入__________基团来调节其亲水性或疏水性。3.评价纳米颗粒生物毒性的常用体外测试系统包括__________细胞毒性测试和遗传毒性测试。4.利用纳米颗粒的__________效应，可以实现不依赖外场的高灵敏度生物分子检测。5.在光动力疗法（PDT）中，纳米载体通常需负载__________敏化剂。6.靶向肿瘤的磁性纳米颗粒在磁共振成像（MRI）中可作为__________剂，在磁感应加热（MRI-HPT）中可作为__________剂。7.为了提高纳米药物的体内循环时间和降低免疫清除，常在纳米颗粒表面修饰__________。8.组成脂质体的主要成分是__________和__________。9.纳米颗粒的尺寸和形貌对其在生物医学应用中的__________和__________有显著影响。10.将纳米技术与组织工程技术相结合，可用于构建具有更好__________和__________功能的组织工程支架。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述量子点在生物医学领域的主要应用方向及其优势。2.简述聚合物纳米粒作为药物载体的主要优势和潜在缺点。3.简述影响纳米颗粒生物相容性的主要因素。4.简述光热治疗（PTT）的基本原理及其在肿瘤治疗中的优势。四、论述题（每题10分，共30分）1.论述纳米颗粒用于肿瘤靶向药物递送的核心挑战及其可能的解决方案。2.试述纳米颗粒在疾病诊断（特别是癌症早期诊断）中的应用潜力，并举例说明。3.结合当前研究进展，论述纳米颗粒在组织工程与再生医学中的应用前景和面临的关键科学问题。试卷答案一、选择题1.C2.C3.D4.C5.C6.C7.B8.C9.B10.A二、填空题1.量子点2.亲水/疏水3.体外（如：人脐静脉内皮细胞）4.SERS（表面增强拉曼散射）5.光敏剂6.造影/增强；热疗7.表面惰性化/stealth配体（如：聚乙二醇PEG）8.甘油三酯；磷脂9.生物相容性；生物活性（或：功能）10.结构支撑；血管化三、简答题1.量子点在生物医学领域的主要应用方向包括生物标记/示踪（利用其尺寸依赖的光致发光特性）、荧光成像、流式细胞术分选等。其优势在于发光峰位可通过尺寸调节实现可调谐，荧光强度高、稳定性好，且具有单光子发射特性，可用于超分辨成像。2.聚合物纳米粒作为药物载体的优势：材料来源广泛、可生物降解、易于功能化修饰（如连接靶向配体、改善溶解性）、可装载多种类型药物、制备方法多样且相对简单。潜在缺点：可能引起免疫原性或细胞毒性、体内循环时间短易被清除、药物泄露动力学难以精确控制、规模化生产一致性控制有挑战。3.影响纳米颗粒生物相容性的主要因素包括：纳米颗粒的物理化学性质（如尺寸、形状、表面化学组成、表面电荷、疏水性）、剂量与浓度、给药途径与剂量、体内循环时间、以及生物体种属差异等。4.光热治疗（PTT）的基本原理是利用能吸收特定波长光（通常是近红外光）的纳米材料（光热转换剂），在光照下将光能高效转化为热能，局部产生高温（通常>42-45°C）以选择性杀死目标细胞（如癌细胞）。其优势在于：微创或无创治疗、靶向性强（可通过改变光热剂或光照区域实现靶向）、可实时控制治疗时间、与成像技术（如MRI）可结合实现诊疗一体化。四、论述题1.纳米颗粒用于肿瘤靶向药物递送的核心挑战包括：（1）血液循环时间短，被网状内皮系统（RES，主要是肝脏和脾脏）快速清除；（2）肿瘤穿透/渗透能力不足，难以穿透肿瘤基质到达深部癌细胞；（3）靶向特异性不高，易被正常组织摄取导致副作用；（4）药物在纳米载体内的载药量低或释放过快/过慢，影响疗效和安全性。可能的解决方案：开发“隐形”纳米载体（表面修饰PEG等stealth基团延长循环时间）；设计具有特殊形貌（如长棒状）或表面纹饰的纳米颗粒以增强肿瘤穿透能力；连接高亲和力的靶向配体（如抗体、多肽、小分子抑制剂）以提高靶向性；优化纳米载体制备工艺，实现高载药量和精确控制药物释放动力学。2.纳米颗粒在疾病诊断中的应用潜力巨大，尤其是在癌症早期诊断方面。其潜力体现在：利用纳米颗粒的高灵敏度检测标志物（如利用SERS效应检测极低浓度的肿瘤相关蛋白或DNA序列）、增强成像对比度（作为MRI、CT、荧光成像造影剂，实现更高分辨率和更深组织穿透）、实现多重诊断（同时检测多种生物标志物）、开发智能诊断系统（如能响应特定肿瘤微环境信号的纳米探针）。例如，金纳米颗粒因其优异的SERS效应可用于制备高灵敏度体外癌症生物标志物检测芯片；超小钆基纳米颗粒可作为MRI造影剂用于肿瘤的早期成像；量子点则可用于流式细胞术进行肿瘤细胞分选和早期筛查。3.纳米颗粒在组织工程与再生医学中的应用前景广阔，可用于构建具有更好生物相容性和生物活性的组织工程支架。前景包括：（1）作为三维支架材料，利用纳米材料（如纳米纤维、纳米孔材料）改善支架的力学性能、孔隙结构（增大比表面积、促进细胞粘附增殖）和降解速率，为细胞提供更仿生的微环境；（2）作为细胞或生长因子的载体，实现缓释和靶向递送，促进组织再生；（3）赋予支架生物活性，如负载药物、基因或集成纳米