2025年大学《生物技术》专业题库- 生物传感器在医学生物技术中的应用

2025年大学《生物技术》专业题库——生物传感器在医学生物技术中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填在题干后的括号内）1.生物传感器通常由哪几部分组成？（）A.敏感元件和换能器B.敏感元件、换能器和信号处理系统C.底座、感应层和电路板D.生物材料、导电材料和绝缘材料2.以下哪种物质常被用作酶传感器的识别元件？（）A.抗体B.DNA探针C.特定酶D.微生物3.电化学生物传感器的主要信号转换器是？（）A.光源和光电探测器B.电阻、电容或电极C.压电晶体D.热敏电阻4.利用抗原抗体特异性结合来检测目标分析物的传感器是？（）A.酶免疫传感器B.DNA杂交传感器C.微生物传感器D.磁免疫传感器5.下列哪项不是生物传感器相比传统分析方法的优点？（）A.响应速度快B.操作简便C.可实现实时监测D.通常需要复杂的样品前处理6.在医学诊断领域，生物传感器最突出的应用是？（）A.工业生产过程控制B.环境污染监测C.快速、便捷的疾病标志物检测D.农业作物生长监测7.能够特异性识别目标核酸序列的识别元件是？（）A.抗原B.抗体C.酶D.DNA或RNA探针（适配体）8.以下哪种技术常与生物传感器结合，以实现样品处理和检测一体化？（）A.分子克隆技术B.基因测序技术C.微流控技术D.蛋白质印迹技术9.提高生物传感器灵敏度的常用方法之一是？（）A.降低识别元件的浓度B.使用响应信号弱的换能器C.增强识别元件与目标分析物的结合亲和力或信号放大机制D.提高传感器的操作温度（无特定依据）10.生物传感器面临的主要挑战之一是？（）A.成本过于低廉B.选择性不足，易受干扰C.对所有生物物质都有响应D.通常非常庞大二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.生物传感器是一种基于______识别作用，将待测物质的______转变成可定量或可识别信号输出的______分析工具。2.根据敏感元件的性质，生物传感器可分为酶传感器、免疫传感器、______传感器、微生物传感器和______传感器等。3.光学生物传感器利用光学原理将生物识别过程中的______变化转换为光学信号。4.在血糖监测中广泛使用的葡萄糖氧化酶传感器，其敏感元件是______，换能器类型通常是______。5.为了提高生物传感器的稳定性和抗干扰能力，常需要对识别元件进行______处理或采用______进行包埋。三、名词解释（每题4分，共16分）1.生物识别元件2.换能器3.质量型生物传感器4.床旁检测（POCT）四、简答题（每题6分，共18分）1.简述生物传感器的基本工作原理。2.简要比较酶免疫传感器和抗原抗体免疫传感器在识别元件上的主要区别。3.为什么说微流控技术是构建高灵敏度、小型化生物传感器的重要平台？五、论述题（10分）结合具体实例，论述生物传感器在临床快速诊断方面的优势和应用前景。试卷答案一、选择题（每题2分，共20分）1.B2.C3.B4.A5.D6.C7.D8.C9.C10.B二、填空题（每空2分，共20分）1.生物；化学/物理；电化学/光学/热学等2.核酸；细胞3.光学信号4.葡萄糖氧化酶；电化学5.去污；膜三、名词解释（每题4分，共16分）1.生物识别元件：指能够特异性识别和结合目标分析物（如特定分子、离子或细胞）的生物材料，如酶、抗体、抗原、核酸适配体、微生物、细胞等。2.换能器：指生物传感器中将识别元件产生的可测信号（通常是物理或化学变化）转换为可定量或可识别的电信号、光信号、压力信号等装置。3.质量型生物传感器：指其换能器对识别元件表面质量变化（如生物分子结合引起的质量增加或减少）产生响应的传感器。常见的有石英晶体微天平（QCM）传感器和微机械质量传感器。4.床旁检测（POCT）：指在临床床旁或接近患者所在的地点（如病房、诊所、急救室）进行的即时检验，利用便携式或小型化检测设备，快速获得患者的临床信息。四、简答题（每题6分，共18分）1.简述生物传感器的基本工作原理。生物传感器的工作原理主要包括两个关键步骤：首先，生物识别元件（如酶、抗体、核酸适配体等）与待测分析物发生特异性识别或结合，导致其自身发生物理化学性质的变化或产生特定的生物效应；其次，换能器将这种由生物识别元件引起的物理化学变化或生物效应转换成可测量和量化的信号输出（如电信号、光信号、压力信号等），最后通过信号处理系统将信号放大、解调并显示结果。2.简要比较酶免疫传感器和抗原抗体免疫传感器在识别元件上的主要区别。酶免疫传感器和抗原抗体免疫传感器的核心识别元件不同。酶免疫传感器以酶作为识别元件，利用酶的催化活性作为指示信号，通常需要加入酶底物进行显色或发光反应来检测；而抗原抗体免疫传感器以抗体或抗原作为识别元件，其识别基础是抗原抗体之间的特异性结合，信号的产生通常依赖于标记在抗体或抗原上的示踪物（如酶、放射性同位素、荧光素等）。3.为什么说微流控技术是构建高灵敏度、小型化生物传感器的重要平台？微流控技术能够在微米或亚微米尺度上精确操控流体，具有以下优势，使其成为构建高灵敏度、小型化生物传感器的重要平台：*高分析物捕获效率：微通道可极大增加分析物与生物识别元件的接触面积和接触时间，提高捕获效率。*样品消耗量少：微量样品即可完成反应，降低成本，适用于样本珍贵的场景。*集成度高：可将样品处理（稀释、混合、反应）、分离、检测等多个步骤集成在单一芯片上，实现“lab-on-a-chip”。*反应条件可控：微环境（温度、压力、流体速度）易于精确控制，有利于提高反应特异性和灵敏度。*易于小型化和自动化：芯片尺寸小，便于便携、快速、自动化操作。五、论述题（10分）结合具体实例，论述生物传感器在临床快速诊断方面的优势和应用前景。生物传感器因其独特优势，在临床快速诊断领域展现出巨大的潜力和广阔的应用前景。其主要优势包括：1.高灵敏度和特异性：生物识别元件（如抗体、酶、核酸适配体）具有高度的特异性，能精确识别目标分析物，结合现代换能技术，可实现对痕量或微量分析物的检测。例如，基于抗体或核酸适配体的电化学或光学传感器，可在几分钟到几十分钟内快速检测血清中的肿瘤标志物（如癌胚抗原CEA、甲胎蛋白AFP），其灵敏度远超传统方法，有助于早期诊断。2.响应速度快：生物传感器通常可实现近乎实时的检测，大大缩短了样本检测时间。例如，葡萄糖氧化酶电化学生物传感器可即时显示血糖浓度，为糖尿病患者的即时血糖管理提供了可能。在传染病快速筛查中，如使用核酸检测芯片或基于抗原的胶体金传感器，可在数小时内完成病原体（如流感病毒、新冠病毒）的检测，满足临床对快速出结果的需求。3.操作简便：许多生物传感器设计紧凑，操作流程简化，甚至可实现单人操作，对操作人员的专业技能要求相对较低。这使得它们易于在各级医疗机构，包括资源有限的基层诊所和急救现场部署，推动诊断服务的普及，实现床旁检测（POCT）。例如，便携式血气分析生物传感器可直接连接患者动脉血样本，快速测定血氧饱和度、二氧化碳分压和pH值。4.成本低廉（潜力）：随着技术的发展和规模化生产，生物传感器的成本有望不断下降，使其更具经济性，能够负担起频繁检测的需求。例如，一次性使用的干式胶体金快速诊断试纸条价格低廉，广泛应用于疟疾、艾滋病、妊娠等疾病的现场筛查。5.易于集成化和自动化：微流控技术与生物传感器的结合，使得检测系统可以做得更小、更集成，并实现自动化运行，进一步提高检测效率和准确性。应用前景方面，生物传感器将在以下领域发挥重要作用：*传染病诊断：