2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 分子仿生技术在工程中的应用

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——分子仿生技术在工程中的应用考试时间：______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入括号内）1.分子仿生学的研究核心是（）。A.研究分子的结构B.研究分子的合成方法C.模仿生物系统的原理解决工程问题D.研究生命现象的本质2.下列哪项技术不属于自组装技术的主要范畴？（）A.DNAorigamiB.胶体粒子晶体C.超分子聚合D.传统的宏观材料塑性变形3.在分子仿生催化领域，利用酶作为催化剂的主要优势在于（）。A.反应速率极快B.条件要求非常温和（如温度、压力）C.选择性极高，副产物少D.成本极低，易于大规模生产4.模仿荷叶表面超疏水特性的涂层主要应用于（）。A.高效催化剂B.自清洁表面C.生物传感器D.高温隔热材料5.下列哪项不是分子仿生技术在能源工程领域的一个研究方向？（）A.模仿光合作用的光电转换材料B.模仿生物燃料电池的设计C.模仿鸟翼结构设计高效风力涡轮机D.模仿电化学储能机制的新型电池6.超分子化学在分子仿生中的应用主要体现在利用（）。A.共价键形成稳定结构B.非共价键（如氢键、范德华力、π-π相互作用）构建动态、可调控的分子组装体C.重金属离子作为主要连接单元D.大分子链的交联7.仿生传感器的设计往往借鉴了生物体哪些方面的特性？（）A.高效的信息处理与传递B.高灵敏度的环境感知C.快速的运动能力D.强大的物质运输系统8.“分子开关”和“分子机器”在分子仿生学中通常指（）。A.大型蛋白质分子B.能够在外界刺激下发生可逆构型变化或执行特定功能的超分子组装体或分子器件C.具有特殊光学性质的有机染料D.具有催化活性的无机纳米粒子9.模仿细胞膜选择性通透功能的分子器件主要解决了工程系统中（）的问题。A.高温耐久性B.能量高效转换C.物质选择性分离与运输D.结构高强度10.将生物体的结构、功能或过程启发表征到人工系统中，体现了分子仿生学的（）原则。A.模仿（Mimicry）B.最优化（Optimization）C.创造（Creation）D.适应（Adaptation）二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线处）1.分子仿生学是介于__________学和__________学之间的交叉学科领域。2.自组装是指分子或纳米粒子在__________或__________等非平衡驱动下，自发形成有序或无序结构的现象。3.酶作为生物催化剂，其仿生应用的关键在于模拟其__________和__________。4.模仿生物矿化过程制备仿生材料，通常利用生物模板控制__________的形貌、尺寸和分布。5.分子仿生传感器通常具有__________、__________和__________等特点。6.“智能材料”是分子仿生技术的一个重要应用方向，它们通常具有对__________或__________等外界刺激做出可测响应的特性。7.分子仿生技术在环境工程中可应用于__________和__________等领域。8.分子逻辑门是利用分子间的相互作用构建的能够执行基本逻辑运算（如与、或、非）的__________。9.超分子化学为分子仿生器件提供了重要的构筑模块和__________。10.分子仿生技术的发展面临着__________、__________和__________等挑战。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述分子仿生学与传统材料科学在研究思路上主要的不同之处。2.简要说明自组装技术在构建纳米级仿生结构时的优势。3.以一个具体实例，简要说明酶工程如何应用于分子仿生技术。4.简述分子仿生传感器的基本工作原理。四、论述题（每题10分，共30分）1.论述分子仿生技术在家用电器或消费电子产品中有哪些潜在的应用前景，并选择其中一个方面进行具体阐述。2.比较分析利用DNA自组装和利用胶体粒子自组装构建纳米结构在原理、方法和应用上的主要异同点。3.结合当前科技发展趋势，论述分子仿生技术在未来能源领域可能扮演的角色以及需要克服的主要障碍。试卷答案一、选择题1.C2.D3.C4.B5.C6.B7.B8.B9.C10.A二、填空题1.生物学化学2.自发自然界3.高效性环境友好性4.相对论5.高灵敏度高选择性可重复使用6.化学物理7.污水处理环境监测8.分子器件9.驱动机制10.成本高效性可控性三、简答题1.解析思路：对比传统材料科学主要关注从原子、分子出发设计合成具有特定宏观性能的新材料，而分子仿生学更侧重于从生物系统（结构、功能、过程）中汲取灵感，利用生物体系已有的成功模式来指导人工系统的设计，强调模仿和学习生物的智慧。2.解析思路：自组装无需精密的纳米加工设备，利用分子间相互作用力即可自发形成结构，具有成本低、效率高、可制备复杂或周期性结构、易于形成功能化的超分子体系等优点。3.解析思路：例如，利用固定化酶技术模拟生物催化过程，将工业生产中需要酶催化但难以回收利用的酶固定在载体上，实现酶的重复使用，降低成本，提高效率，这体现了对生物催化原理的仿生应用。4.解析思路：分子仿生传感器通常利用对特定目标物具有高选择性识别能力的分子（如抗体、核酸适配体、超分子探针）作为识别元件，当目标物与识别元件结合时，会引起传感器信号（如光学、电化学、压电等）的变化，通过检测信号变化实现对目标物的检测。四、论述题1.解析思路：在家用电器或消费电子产品中，分子仿生技术可应用于自清洁表面（模仿荷叶）、防污涂层（模仿沙漠甲虫）、智能调光玻璃（模仿蝴蝶翅膀）、高效催化剂（用于小型电器能量转换）、微型传感器（用于环境监测）等方面。具体阐述可选择自清洁表面，说明其工作原理（超疏水/超疏油涂层）、优势（易于清洁、持久耐用）及在家电（如手机屏幕、眼镜、厨具）中的应用实例。2.解析思路：比较DNA自组装和胶体粒子自组装时，需分别说明其原理（DNA碱基互补配对驱动vs.胶体粒子间的范德华力、静电作用等物理相互作用驱动）、常用材料（DNA链、连接臂vs.金属纳米颗粒、聚合物微球等）、可构建结构的特点（精确周期性、复杂空间结构vs.大尺寸、松散结构）、合成条件（通常需特定缓冲液、温度、离子条件vs.对环境要求相对宽松）、主要应用领域（纳米电子学、生物检测vs.光子晶体、药物递送）等异同点。3.解析思路：