以下是结合纳米科技与细胞结构知识的高考跨学科综合题示例及解析，涵盖生物、化学、物理等多学科交叉知识点，符合新高考命题趋势：

一、选择题（6分）

题目：科学家研发的碳纳米管载体可模拟细胞膜结构实现靶向药物输送。下列叙述正确的是（ ）

A. 该载体依赖细胞膜的选择透过性进入靶细胞

B. 载体表面修饰的配体蛋白与受体结合体现细胞膜信息传递功能

C. 该技术利用纳米材料的高比表面积特性提高载药量

D. 载体在溶酶体中被降解释放药物属于主动运输

答案：C

解析：

  • C选项正确：纳米材料的高比表面积（物理性质）可增加药物负载量，符合材料特性。
  • A错误：纳米载体通过胞吞进入细胞，依赖膜流动性而非选择透过性。
  • B错误：配体-受体识别属于化学信号传递，但载体本身非生物膜结构。
  • D错误：溶酶体降解为酶解过程，不涉及跨膜运输。

    • 二、实验设计题（12分）

    背景：某团队设计金纳米颗粒（AuNPs）用于增强线粒体功能。已知线粒体内膜ATP合成酶可利用H+梯度产生ATP。

    纳米科技与细胞结构的高考跨学科综合题示例

    问题：

    1. 设计实验验证AuNPs能否提高细胞ATP生成量（列出步骤）。

    2. 从生物膜系统角度分析AuNPs可能的作用机制。

    参考答案：

    1. 实验步骤：

  • ①分组：取等量同种细胞分为对照组（普通培养基）、实验组（含AuNPs培养基）。
  • ②培养：在相同温度、CO₂浓度下培养24小时。
  • ③检测：用荧光素酶法测定两组细胞ATP含量，重复3次取平均值。

    • 2. 作用机制：

  • AuNPs可能通过静电吸附携带H+，增强线粒体内膜两侧的质子梯度（化学能转化）。
  • 纳米颗粒嵌入内膜可提高ATP合成酶的催化效率（酶活性调节）。

    • 三、综合应用题（15分）

    材料：DNA折纸术（DNA origami）可构建具有特定形状的纳米结构，用于肿瘤细胞靶向治疗。

    问题：

    1. 从细胞结构角度，说明DNA纳米载体比传统脂质体更易进入细胞核的原因。

    2. 若靶向失效导致正常细胞摄入纳米载体，推测可能的原因（至少两点）。

    3. 结合生物膜流动镶嵌模型，解释DNA纳米载体在胞内释放药物的过程。

    参考答案：

    1. 原因：

  • DNA载体通过核孔复合体进入，其大小（约20-30nm）符合核孔被动运输上限（<39nm）。

    • 2. 失效原因：

  • 肿瘤细胞表面标志物突变（生物学变异）
  • 载体表面配体与正常细胞受体非特异性结合（化学键干扰）

    • 3. 释放机制：

  • 载体与核膜融合：依赖膜脂质的流动性（磷脂分子侧向移动）
  • 药物扩散：通过核膜两侧浓度梯度实现被动运输

    • 四、跨学科命题特点分析

    1. 物理-生物交叉：

  • 纳米材料的光热效应（如金纳米棒近红外响应）用于线粒体靶向热疗

    • 2. 化学-生物交叉：

  • 表面修饰技术（如巯基-金键结合）模拟细胞膜蛋白分布

    • 3. 工程-生物交叉：

  • 微流体芯片模拟细胞质基质环境，测试纳米载体稳定性

    • 备考建议

    1. 知识关联：将细胞膜结构（流动性、镶嵌蛋白）与纳米材料表面修饰技术结合记忆。

    2. 真题拓展：分析近5年高考中"生物膜系统"与"新材料"相关题目，总结答题模板。

    3. 实验思维：关注"对照变量设计"在纳米生物实验中的特殊要求（如粒径控制组）。

    此类题目考查学生从微观结构理解宏观功能的能力，需强化"结构-功能观"（生物学核心素养）及多学科知识迁移能力。