被玩具启发 斯坦福做出了不到两块钱的离心机

醉苦居士

　　从历史悠久的拉线玩具中得到灵感，斯坦福的研究人员用纸制造出了成本 20 美分的离心机，想要降低落后地区的医疗成本。这项发明近日于《自然-生物医学工程》发表。大部分化验项目检查的并不是全血，而是血浆或血清。血浆是指去掉血细胞的血液，而血清则是去掉纤维蛋白原的血浆。
　　这两种成分无法直接从血液中分离，需要将血液离心获得。对血清中抗原和抗体的检查，是诊断乙肝、疟疾、艾滋病等感染的关键步骤。
　　离心类似洗衣机的甩干功能，血液各成分比重不同，因而会被离心力分层，得到分离开的血浆或血清。传统的离心机价格高昂，耗电，对位置和重量的平衡要求严格。核心部件转子一旦损坏，机器就不能使用。根据转速和做工的不同，价格从几百到几万人民币不等。
　　斯坦福的生物工程科学家 Manu Prakash 用价值 20 美分的纸盘、拉绳和手柄，制造出的简易手动离心机 Paperfuge（纸 paper + 离心机 centrifuge），不需要电力，也不需要昂贵的零件，只需要用手拉伸拉绳，就能以每分钟数千的转速将血清分离出来。

　　设备非常简单，一次只能离心两个血样。来自 Prakash 等的论文。
　　Paperfuge 由纸盘、拉绳和手柄组成。纸盘上装有细小的试管，手柄拉动拉绳缠绕再松开，重复收展即可高速旋转，转速可达每分钟 2 万转，与传统离心机转速相当。
　　这项技术的灵感源于历史悠久的 whirligig 游戏，也就是拉线飞轮。三年前，网友们还在利用这项技术，把鸡蛋装在丝袜里高速旋转，制作黄金鸡蛋。同样的原理，可以让血液分层，也能混匀蛋清与蛋黄。来自 Prakash 等。
　　这不是 Prakash 第一次用纸来做医疗设备。2012 年，他曾制作了名为 Foldscope 的显微镜——顾名思义，就是用纸打印并折出来、再加上其它部件，成本不超过 1 美元的显微镜，用来观察致病微生物。在一次参观中，他发现有一家医院用坏掉的离心机来挡门，因而决定降低它的成本和维护费用。
　　Prakash 并不是第一个做出这种尝试的人。2008 年，哈佛大学 George Whitesides 实验室用打蛋器达到每分钟 1200 转的转速，2011 年，莱斯大学 Rebecca-Richards Kortum 实验室用蔬菜甩水器则甩出每分钟 600 转。
　　但这些尝试的转速和便携性都不能达到 Prakash 的要求。他与研究团队曾试过溜溜球，但转速最多也只能达到每分钟 4000 转。之后，博士后 Saad Bhamla 想到了印度的童年玩具 whirligig。
　　设计非常简单，Bhamla 一晚上就做出来一个原型，转速轻松上万。随后研究团队研究了背后的理论模型：他们发现绳子扭转到一定程度会变形，形成超螺旋，就像电话线那样，这种超螺旋能储存更多能量，让转速得以提升。

　　超螺旋（supercoli）储存的能量让纸盘转速加快。来自 Prakash 等。
　　明确理论以后他们开始实践，调整圆盘的大小与拉绳的长度，尝试了轻木和亚克力，最后选择了与 Foldscope 相同的材料：纸。纸面上覆有一层膜，起到防水与加固的作用。
　　Paperfuge 能在 1.5 分钟内从血液中分离出血浆，比传统离心机快 25%. 它的缺陷也显而易见：离心的血样量太少，尽管已经足够做下一步的化验了，但想多做几项检查，就需要多次采血、多次离心。
　　它将用于提高落后地区的医疗状况。那里离心机很少，电力匮乏，血液自然凝固析出血清，不得不经过数小时的等待。
　　而任何对化验结果的等待，都令人煎熬。

雪士

我看不错噢 谢谢楼主！