2025年大学《资源化学》专业题库- 生物功能膜在细胞分离中的应用

2025年大学《资源化学》专业题库——生物功能膜在细胞分离中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪种膜分离技术主要利用膜的选择透过性，对小分子物质具有高度选择性？()A.超滤B.纳滤C.反渗透D.微滤2.细胞膜作为一种生物功能膜，其主要分离机制依赖于？()A.极大的比表面积和电荷选择性B.孔径分布的精确控制C.对特定分子的识别和吸附D.高压驱动下的溶剂渗透3.在生物功能膜用于细胞分离的过程中，通常被称为“膜污染”的现象主要是指？()A.膜材料的老化和降解B.膜孔被悬浮颗粒堵塞C.细胞或大分子在膜表面吸附、沉积或堵塞膜孔D.膜的机械强度下降4.适用于从植物细胞中提取多糖等大分子物质的生物功能膜分离技术通常是？()A.微滤B.超滤C.纳滤D.反渗透5.以下哪项不是生物功能膜相比传统物理分离方法（如离心、过滤）在细胞分离应用中的优势？()A.分离效率高B.操作条件温和（常温、常压）C.可实现连续化、自动化操作D.设备投资成本通常较低6.对于生物反应器中的应用，生物功能膜的主要功能是？()A.分离产物与反应物B.提供附着表面C.控制反应物浓度梯度D.以上都是7.能够选择性地吸附带相反电荷物质的生物功能膜，其分离机制主要基于？()A.尺寸排阻B.范德华力C.电荷相互作用D.溶解-扩散8.在《资源化学》背景下，利用生物功能膜技术从矿石伴生微生物中提取高价值代谢产物，其核心挑战在于？()A.膜的微生物耐受性B.料液的高盐度或毒性C.产物的易降解性D.膜污染的复杂性9.提高生物功能膜分离效率的途径之一是改善膜的？()A.机械强度B.选择性C.通量D.以上都是10.仿生膜是指？()A.完全由生物材料制成的膜B.模仿生物膜结构和功能的人工膜C.仅用于生物反应器的膜D.对所有物质都完全不通透的膜二、填空题1.生物功能膜的基本结构单元通常具有______和______。2.影响生物功能膜选择性的主要因素包括膜的______、______和表面性质。3.膜分离过程的驱动力可以是______、______或浓度差等。4.在细胞分离中，微滤主要用于去除______，超滤则可用于______。5.膜污染主要包括______、______和膜结构变化三种类型。6.生物功能膜技术具有______、______、______等优点。三、名词解释1.亲和膜2.膜通量3.截留率4.膜-细胞相互作用四、简答题1.简述生物功能膜用于细胞分离的基本原理。2.提出至少三种控制生物功能膜污染的常用方法。3.阐述生物功能膜技术在资源化学领域应用的重要意义。五、论述题1.比较微滤和超滤在细胞分离应用中的区别和适用场景。2.结合资源化学的专业背景，论述生物功能膜技术在未来可持续发展中的潜在应用前景。试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.B5.D6.D7.C8.B9.D10.B二、填空题1.孔道/孔径结构，选择性表面2.孔径大小/分布，膜材料，表面性质3.压力差，浓度差，电位差4.微生物、细胞碎片，大分子物质（如蛋白质、酶、多糖）5.颗粒沉积/堵塞，膜孔堵塞/收缩，膜材料变化6.操作简单，条件温和，效率高三、名词解释1.亲和膜：利用膜上固定化的配体与目标分子（如细胞、酶、抗体等）发生特异性亲和结合而实现分离的膜。2.膜通量：单位时间、单位膜面积上通过的液体体积，通常以LMH（升/平方米·小时）表示，是衡量膜分离过程效率的重要参数。3.截留率：指膜分离过程中，被截留在膜表面或膜孔内的目标物质占总进料中该物质的质量分数或体积分数的百分比，反映了膜的分离效率。4.膜-细胞相互作用：指细胞与生物功能膜接触时，在膜表面发生的物理化学过程，包括吸附、变形、附着、增殖等，这些相互作用影响膜的分离性能和稳定性。四、简答题1.生物功能膜用于细胞分离的基本原理主要是利用膜的选择透过性。膜具有特定的孔径分布或表面性质，当含有不同大小、电荷或与其他物质相互作用的细胞的混合物流过膜时，膜会选择性地允许某些组分通过，而阻止另一些组分通过，从而达到分离的目的。常见的机制包括尺寸排阻（小分子通过，大分子被截留）、荷电相互作用（带相反电荷的膜和细胞相互吸引或排斥）、吸附作用（细胞与膜表面配体结合）等。2.控制生物功能膜污染的常用方法包括：(1)膜材料选择：选择具有良好抗污染性能的膜材料。(2)操作条件优化：控制合适的温度、pH、流速、跨膜压差等。(3)料液预处理：去除料液中的污染物，如大颗粒、胶体、有机物等。(4)膜清洗：定期使用合适的清洗液对膜进行清洗，去除已附着或沉积的物质。(5)间歇运行与错流过滤：采用间歇运行或错流过滤方式，减少物质在膜表面的积累。3.生物功能膜技术在资源化学领域应用的重要意义在于：能够高效、选择性地分离和纯化资源开发过程中产生的目标产物（如从矿石伴生微生物中提取酶、多糖、金属离子络合物等），提高资源利用率；可以替代或改进传统的分离提纯方法，降低能耗和环境污染；有助于实现资源利用过程的绿色化和精细化，满足高附加值产品开发的需求；为处理复杂混合物（如生物矿冶液、发酵液）提供了有效的分离工具，推动资源化学产业的可持续发展。五、论述题1.微滤和超滤在细胞分离应用中的区别和适用场景：微滤（MF）和超滤（UF）都属于压力驱动膜分离技术，但主要区别在于膜孔径的大小。微滤的膜孔径较大（通常0.1-10微米），主要用于截留悬浮液中的微生物、细胞碎片、大颗粒杂质等；超滤的膜孔径较小（通常几纳米到0.1微米），除了能截留微滤所能截留的物质外，还能截留大分子物质，如蛋白质、多糖、病毒、胶体等。因此，微滤适用于预处理或去除细胞培养液中的大颗粒杂质，超滤适用于从细胞培养液或生物体液中分离、纯化或浓缩蛋白质、酶、多糖等生物大分子。适用场景上，微滤常用于细胞澄清、细胞培养过程监控；超滤则广泛应用于生物制品的初步纯化、浓缩、脱盐等步骤。2.结合资源化学的专业背景，生物功能膜技术在未来可持续发展中的潜在应用前景广阔。首先，在生物矿冶领域，可利用生物功能膜（特别是耐酸碱、耐金属腐蚀的膜）实现金属离子的选择性透过与富集，替代传统的化学沉淀法，提高金属回收率，减少废水排放，实现绿色矿冶。其次，在生物资源利用方面，可用于从植物、微生物等生物体中高效分离提取高价值产物（如药物、酶、多糖），