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逍遥摘要: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188比分网家 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。

被玩具启发 斯坦福做出了不到两块钱的离心机

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 万博博彩在中国合法么,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。

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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。

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