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    科學(xué)家研發(fā)紙制離心機 有望變革發(fā)展醫療新技術(shù)

    [2017/1/12]

    陀螺是一種簡(jiǎn)單的玩具，甚至幼兒園老師都會(huì )做。但是這一古老玩具——一種風(fēng)車(chē)樣裝置，其螺旋運動(dòng)是由兩股捻弦驅動(dòng)的——可能很快使發(fā)展中國家的醫學(xué)發(fā)生改變，因為醫生研發(fā)出一種便宜的新版本，可以像一些商業(yè)離心機那樣快速分離血液。

    “paperfuge”，正如它的名字，僅僅是由紙、線(xiàn)和膠水組成的，它的成本約 20 美分——而傳統的離心機則需要成百上千。工程師說(shuō)，如果這種新的裝置，越過(guò)監管障礙，paperfuge 就可能被證明是一種便攜、廉價(jià)的工具，在資源稀缺的地方用于診斷貧血以及艾滋病和瘧疾等感染。延伸閱讀：基因有限公司自主品牌離心機全新上市 --GeneSpeed 高品質(zhì)離心機。



    離心機，是快速旋轉的機器，用于分離不同的血液和其他材料，是現代醫學(xué)實(shí)驗室的中流砥柱。但由于它們昂貴——一些頂級版本超過(guò) 6000 美元，發(fā)展中國家的醫生并不總是能很容易地獲得這種設備。即使實(shí)驗室有離心機，他們可能沒(méi)有電力來(lái)維持其運行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們想出了各種各樣的人力驅動(dòng)方案，包括用打蛋器和沙拉紡紗機制成的簡(jiǎn)單機器。但這些設備的速度無(wú)法與商業(yè)離心機比擬，后者每分鐘可自旋 100000 轉以上。

    所以，由斯坦福大學(xué)生物工程師 Manu Prakash 帶領(lǐng)的一個(gè)研究小組，決定采取一種系統的方法。他們收集了 10 多種旋轉的玩具，從溜溜球到陀螺，到手腕回旋儀，他們用高速攝像機來(lái)記錄它們的速度。即使他們雇了馬戲團演員幫忙探索這些玩具的全部潛力，也沒(méi)有哪種能達到標準。Prakash 說(shuō)：“我們積聚了一堆旋轉玩具�！� 他曾因發(fā)明一種廉價(jià)的紙質(zhì)顯微鏡——稱(chēng)為 Foldscope，而廣受關(guān)注。

    但有一種玩具脫穎而出：陀螺，Prakash 童年時(shí)在印度稱(chēng)之為 “button on a string”。也稱(chēng) buzzer、bullroarer 和 zumbado，這種 5000 多年的古老玩具被發(fā)現從中國到以色列，到委內瑞拉。但諷刺的是，沒(méi)有人知道它是如何工作的，即數學(xué)或物理原理。Prakash 的團隊開(kāi)始著(zhù)手使用計算模型來(lái)改變它。另外，他們發(fā)現，將弦扭曲成緊密聚集的線(xiàn)圈，是儲備能量的關(guān)鍵，可允許它以最小的功率快速旋轉。Prakash 說(shuō)：“弦纏繞和打開(kāi)的方式，它們利用一種真的很有趣的超螺旋原則。這些超螺旋… 讓它遠遠超出了它的幾何限制�！�

    在大約 6 個(gè)月的過(guò)程中，該小組優(yōu)化了這種玩具的旋轉速度，創(chuàng )造出了一個(gè)原型，通過(guò)來(lái)回拉動(dòng)連接到弦的棍子到一個(gè)紙盤(pán)上，該紙盤(pán)上放置有微小的裝有血液的試管——重復纏繞和解開(kāi)弦可旋轉血液。用高速攝像機拍攝這個(gè)過(guò)程顯示出來(lái)非常的快：每分鐘可達 125000 轉的速度——比許多商業(yè)離心機還快。類(lèi)似于高科技離心機，paperfuge 能夠在不到 1.5 分鐘的時(shí)間內從血液樣本中分離血漿，該研究團隊在 1 月 10 日的《Nature Biomedical Engineering》報道了這一成果。

    波士頓大學(xué)的生物醫學(xué)工程師 Muhammad Zaman 未參與這項研究，但是他說(shuō)：“根據其結果，這是很樂(lè )觀(guān)的。我對它印象非常深刻，因為它有強大的理論和仿真性強…，也因其廣泛的應用前景�！� 對該裝置還計劃做一些小的調整，該小組預期，它不僅能運行簡(jiǎn)單的血漿分離，而且還有更多的應用。例如，在一次試點(diǎn)試驗中，通過(guò) 15 分鐘的旋轉，用戶(hù)從血液中分離出了瘧疾寄生蟲(chóng)，用以顯微鏡下檢測，時(shí)間框架可與商業(yè)的離心機媲美。

    不過(guò)，Zaman 說(shuō)，paperfuge 的實(shí)際測試將是在現場(chǎng)。他說(shuō)，沒(méi)有科學(xué)家和醫務(wù)工作者的持續投入，監管、社會(huì )和文化障礙會(huì )使新技術(shù)變得無(wú)用。Zaman 說(shuō)：“人們可能不認為這個(gè)小的紙制品可以像價(jià)值上千美元的儀器那樣好。這需要對系統的信任�！�

    Prakash 計劃獲得這種信任。他最近與波士頓一家非營(yíng)利性醫療機構（被稱(chēng)為 Pivot）簽約，在馬達加斯加農村地區測試 paperfuge，全面試驗將于三月開(kāi)始。Pivot 聯(lián)席首席執行官、哈佛大學(xué)的健康經(jīng)濟學(xué)家 Matthew Bonds 說(shuō)：“我猜馬達加斯加 90% 的實(shí)驗室沒(méi)有一臺可操作的離心機。如果它起作用了，這可能是一次變革�！�
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