2025年生物医学生物医学工程技术应用与研究考核试卷及答案解析

2025年生物医学生物医学工程技术应用与研究考核试卷及答案解析一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下哪种生物材料属于天然高分子材料？A.聚乳酸（PLA）B.壳聚糖C.聚己内酯（PCL）D.聚乙二醇（PEG）2.医疗器械生物学评价的核心标准是？A.ISO13485B.ISO10993C.IEC60601D.ASTMF20033.超声成像中，提高分辨率的关键参数是？A.探头频率B.动态范围C.增益D.帧频4.组织工程的“三要素”不包括？A.种子细胞B.生物支架C.生长因子D.免疫排斥5.生物电阻抗成像（EIT）主要用于监测？A.心肌电活动B.脑血流C.肺通气D.骨密度6.微流控芯片中，用于液滴生成的主要机制是？A.电渗流驱动B.层流剪切力C.离心力分离D.磁珠捕获7.人工心脏瓣膜的主要失效模式是？A.钙化沉积B.电路短路C.光纤断裂D.信号干扰8.光声成像（PAI）的物理基础是？A.超声反射B.光热转换C.核磁共振D.X射线衰减9.可穿戴式连续血糖监测（CGM）设备常用的生物传感器类型是？A.酶电极传感器B.离子选择性电极C.场效应晶体管（FET）D.表面等离子体共振（SPR）10.骨组织工程支架的孔隙率通常要求达到？A.10%20%B.30%40%C.50%70%D.80%90%11.心电图（ECG）中QRS波群主要反映？A.心房去极化B.心室去极化C.心室复极化D.心房复极化12.用于神经接口的柔性电子材料需满足的关键特性是？A.高杨氏模量B.低表面粗糙度C.与脑组织模量匹配D.高电导率13.3D生物打印中，“生物墨水”的核心成分是？A.光敏树脂B.细胞外基质（ECM）C.金属粉末D.陶瓷颗粒14.磁热疗中，纳米颗粒的产热机制是？A.光热转换B.涡流损耗C.介电损耗D.磁滞损耗15.医学影像融合技术中，PET与CT融合的主要目的是？A.提高空间分辨率B.提供功能代谢信息C.降低辐射剂量D.增强软组织对比度二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.以下属于生物力学中的粘弹性材料特性的是？A.应力松弛B.蠕变C.胡克定律D.滞后回线2.医用钛合金（如Ti6Al4V）的优点包括？A.高生物相容性B.低密度C.易加工性D.高耐腐蚀性3.光学相干断层扫描（OCT）的临床应用包括？A.眼底成像B.皮肤肿瘤检测C.心脏结构评估D.骨密度测量4.基因编辑技术（如CRISPRCas9）在生物医学工程中的应用方向有？A.设计定制化细胞治疗产品B.构建疾病模型动物C.开发基因递送载体D.提高生物材料的力学强度5.智能医疗器械的核心技术包括？A.机器学习算法B.无线通信模块C.生物传感器D.一次性无菌包装三、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.生物材料的表面改性常用方法包括等离子体处理、________和自组装单分子层（SAMs）。2.核磁共振成像（MRI）中，T1加权像主要反映组织的________特性。3.微针阵列的主要设计目的是突破________屏障，实现经皮药物递送。4.组织工程支架的降解速率需与________的再生速率匹配。5.心磁图（MCG）相比心电图的优势是无需________，可检测更微弱的电信号。6.光动力疗法（PDT）的三要素是光敏剂、________和氧气。7.人工耳蜗的工作原理是将声音信号转换为________信号，刺激听神经。8.生物力学中，应力的计算公式为________（写出公式）。9.流式细胞术中，荧光标记的抗体用于检测细胞的________特征。10.可植入式医疗设备的供能方式包括电池供电、________和生物燃料电池。四、简答题（共4题，第12题各8分，第34题各9分，共34分）1.（封闭型）简述生物3D打印技术中“牺牲材料”的作用及典型应用场景。2.（封闭型）对比说明X射线计算机断层扫描（CT）与磁共振成像（MRI）在成像原理、适用场景上的差异。3.（开放型）分析可穿戴医疗设备在长期使用中面临的生物相容性挑战，并提出至少两种优化策略。4.（开放型）结合当前研究进展，论述生物医学工程在肿瘤精准治疗中的应用（需举例说明）。五、应用题（共2题，第1题12分，第2题14分，共26分）1.（计算类）某骨植入物在承受500N轴向载荷时，其横截面积为25mm²，长度为50mm，变形后长度为50.1mm。计算该植入物材料的应力（σ）和应变（ε），并判断其是否符合人体皮质骨的力学性能范围（皮质骨应力范围：50150MPa，应变范围：0.0010.003）。2.（综合类）设计一种基于微流控技术的循环肿瘤细胞（CTC）分选芯片。需说明：（1）芯片的核心功能模块；（2）分选原理（需结合CTC的物理或生物学特性）；（3）验证分选效率的实验方法（需包含关键检测指标）。答案及解析一、单项选择题1.B（壳聚糖是天然多糖，其余为合成高分子）2.B（ISO10993是医疗器械生物学评价的国际标准）3.A（频率越高，波长越短，分辨率越高）4.D（组织工程三要素为种子细胞、支架、生长因子）5.C（EIT通过电阻抗变化监测肺通气）6.B（微流控液滴生成主要依赖层流剪切力）7.A（钙化是人工瓣膜失效的主要原因）8.B（光声成像是光吸收后热膨胀产生超声信号）9.A（CGM常用葡萄糖氧化酶电极传感器）10.D（骨支架需高孔隙率促进细胞长入，通常>80%）11.B（QRS波反映心室去极化）12.C（柔性材料需与脑组织模量（约1kPa）匹配以减少损伤）13.B（生物墨水核心是细胞+ECM或水凝胶）14.D（磁热疗纳米颗粒产热源于磁滞损耗）15.B（PET提供代谢信息，CT提供解剖定位）二、多项选择题1.ABD（粘弹性表现为应力松弛、蠕变、滞后，胡克定律是弹性特性）2.ABD（钛合金密度低、生物相容、耐蚀，但加工难度较高）3.AB（OCT用于眼底和皮肤成像，心脏评估多用超声，骨密度用DXA）4.ABC（基因编辑不直接提高材料力学强度）5.ABC（智能设备需算法、通信、传感器，无菌包装是基础要求非核心）三、填空题1.化学接枝（或表面涂层）2.纵向弛豫（或T1弛豫）3.皮肤角质层（或表皮）4.目标组织（或宿主组织）5.皮肤接触（或电极贴附）6.特定波长光（或激发光）7.电（或神经电）8.σ=F/A（应力=力/横截面积）9.表面标志物（或抗原）10.电磁感应耦合（或无线能量传输）四、简答题1.牺牲材料作用：在3D打印过程中作为临时支撑结构，打印完成后通过溶解或降解去除，形成复杂空腔或通道（如血管网络）。典型场景：构建含血管的组织工程支架、微流控芯片内部流道制造。2.成像原理差异：CT基于X射线衰减，通过不同组织对X射线吸收差异成像；MRI基于氢质子在强磁场中的共振信号，通过T1、T2弛豫时间差异成像。适用场景：CT适合骨组织、肺部等高密度结构成像（如骨折、肺癌）；MRI适合软组织（脑、脊髓、关节）及功能成像（如脑弥散加权成像）。3.挑战：长期接触皮肤或体液可能引发炎症反应（如金属离子释放）、生物膜形成（细菌黏附）、材料老化导致的生物相容性下降。优化策略：①表面改性（如接枝亲水性聚合物减少蛋白吸附）；②使用可降解/生物惰性材料（如聚对二甲苯涂层）；③集成抗炎药物缓释系统（如负载地塞米松的水凝胶涂层）。4.应用包括：①精准成像（如荧光分子探针标记肿瘤特异性受体，实现术中导航）；②靶向递送（如抗体偶联药物ADC，通过抗体识别肿瘤抗原，释放细胞毒素）；③个性化治疗（如3D打印肿瘤模型用于药物筛选，或CRISPR编辑T细胞用于CART治疗）。举例：PD1/PDL1抗体联合纳米载药系统，通过纳米颗粒靶向肿瘤微环境，提高药物富集并减少全身毒性。五、应用题1.计算过程：应力σ=F/A=500N/(25×10⁻⁶m²)=20×10⁶Pa=20MPa（注意单位转换：25mm²=25×10⁻⁶m²）；应变ε=ΔL/L₀=(50.150)/50=0.002。判断：应力20MPa低于皮质骨下限（50MPa），应变0.002在皮质骨范围内（0.0010.003）。结论：该植入物材料的应力未达到皮质骨要求，可能需优化材料强度（如增加钛合金含量或采用复合结构）。2.设计方案：（1）核心模块：进样区（样品混合）、分选区（微柱阵列/惯性流道）、收集区（CTC与血细胞分离出口）、废液区。（2）分选原理：基于CTC与血细胞的尺寸差异（CTC直径1530μm，血细胞710μm），利用惯性微流控中的Dean流效应，使大尺寸CTC沿螺旋通道外侧聚焦，小尺寸血细胞沿内侧聚焦，实现