组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
生物分子分析物（biomolecular analyte，缓冲液/样品溶液）、葡萄糖（glucose，全血/血样）
检测原理
该文未提出新的传感机制，而是以已有系统说明生物机电一体化设计。SPR 案例中，抗体或配体固定于金膜/葡聚糖层，选择性捕获分析物；结合事件改变界面质量与折射率，使表面等离子体共振条件发生偏移，光学检测器记录共振角或信号变化，结合量随分析物浓度及结合/解离动力学变化。血糖比色案例中，冻干酶和试剂裂解血细胞，葡萄糖经酶促反应转化为有色复合物，600 nm 吸光度随葡萄糖浓度变化。两类系统均体现识别事件、界面/化学变化、换能机制与信号读出的链条。
检测灵敏度
原文未报告具体数值。
效应效果
论文未给出传感器定量性能指标，而是通过功能分析与形态矩阵评价设计替代方案。SPR 在检测手段评价中综合得分最高，优于椭偏仪、场效应晶体管、声表面波和光声光谱等；葡聚糖/硫醇金芯片在质量变化功能中排名最高，抗体作为捕获配体在热稳定性、位点特异性等指标中优于核酸、位点特异性蛋白、糖蛋白、凝集素和全细胞。作者主张该方法有助于概念设计阶段明确功能、识别生物/技术子系统接口、减少原型试验，并支持安全、可靠性、质量与 CE 市场评估。
传感器的构成
- 基底/换能器：光学棱镜（optical prism），引导光在界面多次反射以激发SPR
- 金属换能层：薄金膜（Au film），产生SPR并作为配体固定基质
- 聚合物修饰层：葡聚糖层（dextran layer），通过硫醇偶联固定配体并增加结合容量
- 识别元件：抗体或其他生物配体（antibody/ligand），选择性捕获分析物
- 被测物：生物分子分析物（biomolecular analyte），结合后改变界面质量/折射率
- 信号读出：SPR光学检测系统（SPR detector/software），记录共振信号偏移并计算动力学
中文摘要
本文提出并讨论将通用设计科学理论应用于生物机电一体化产品概念设计的方法。作者以四个复杂生物技术产品/系统为案例：蛋白纯化系统、生物反应器系统、基于表面等离子共振（SPR）的生物传感器和酶法血糖分析仪。研究采用机械系统设计中常用的 Hubka-Eder（HE）模型，将其扩展为包含独立生物系统实体（ΣBS）的模型，以分析机械、电子和生物组件共同构成的技术系统。通过对操作数、变换过程、人类系统、技术系统、信息系统、管理目标系统及主动环境的功能分解，作者展示了如何识别生物组件在产品设计中的关键作用及其与其他子系统的交互。结果表明，在 HE 模型中单独设置生物系统实体，有助于更系统地理解生物机电一体化系统的功能结构、设计约束和子系统接口，从而支持早期概念设计、减少原型试验，并为安全、可靠性和质量分析提供基础。
英文摘要
Four complex biotechnology products/product systems (a protein purification system, a bioreactor system, a surface plasmon resonance biosensor, and an enzymatic glucose analyzer) are analyzed using conceptual design principles. A design model well-known in mechanical system design, the Hubka-Eder (HE) model, is adapted to biotechnology products that exemplify combined technical systems of mechanical, electronic, and biological components, here referred to as bio-mechatronic systems. The analysis concludes that an extension of the previous HE model with a separate biological systems entity significantly contributes to facilitating the functional and systematic analyses of bio-mechatronic systems.