你小時候玩過這種小玩具嗎？現在，科學家要用它救人了

作者：Paradoxian

編輯：Calo

你小時候有玩過這種小玩具嗎？一根線，兩隻手，就可以讓紐扣神奇地旋轉起來：

點擊播放 GIF/440K

果殼編輯部討論許久，發現這個東西似乎沒有名字……在你家，管這種小玩具叫什麼啊？圖片來源：Stanford

在馬達加斯加，一群斯坦福大學研究者和當地的醫務人員也「玩」起了類似的東西。不過，這並不是對童年回憶的復刻——這種玩具似的小裝置，其實是斯坦福大學生物工程教授馬努·普拉卡什（Manu Prakash）團隊開發的離心機替代裝置。

點擊播放 GIF/998K

這些研究者並不是在玩耍。利用這樣的拽拉動作，紙片中裝有血液樣本的毛細管能夠獲得被離心機離心的效果。圖片來源：Stanford

隨著現代醫學和分子生物學的發展，離心機已經走進了幾乎每一個生物學實驗室和醫院化驗科。它在運作時利用高速旋轉使離心樣品中密度不同的組分以不同的速度運動開去，從而實現組分的彼此分離。從純化實驗、層析實驗到沉降血液樣本，大量的實驗都用得到離心機。在許多化驗項目中，血液樣本的離心分層是第一步。沒了離心機，連測個血常規都寸步難行。

實驗室中的離心機可能是生物醫學研究者使用得最頻繁的實驗設備之一。圖片來源：Stanford

然而，這種常用設備卻並不便宜。

儘管許多科研機構的實驗設備都日趨高大上，但很多欠發達地區仍沒有條件給當地的醫療力量配備足夠的離心機——或者使離心機運作的電力——來為當地居民提供基礎醫療診斷服務。而這些地區又往往是傳染病容易滋生的地區， 對相關檢驗的需求有時更甚。

怎麼幫助這些地區？研究者決定開發一種實用、廉價又不費電的離心設備。

點擊播放 GIF/109K

利用與旋轉紐扣玩具相同的原理，普拉卡什團隊開發了一套簡易的手動離心裝置。圖片來源：Manu Prakash et al.

藉助兩股繩子扭轉拉伸的巧力，這個只需要兩股繩、兩片紙和兩根木手柄的裝置能夠發揮離心機的功能。研究者分析了這款玩具的力學過程，研究如何讓中間的紙片獲得最高的旋轉速度。最終，他們開發出了一套簡易、低成本的手動離心裝置。解析這套裝置的論文本周發表在《自然·生物醫學工程》期刊上。這小小的「紙片離心機」，也許能大大地改善全球貧困地區的疾病診療現狀。

在對這個體系進行了嚴肅的物理建模分析和數據採集後，他們發現這套裝置的轉速可以達到每分鐘125000轉——每秒超過2000圈。如果中間紙片的半徑為50毫米，最大轉速時產生的「離心力」（註：離心力是一種慣性力）將近30000g，完全足夠進行生物樣本的處理。

點擊播放 GIF/421K

半徑50毫米的「紙質離心機」在不同時間的旋轉速度變化。Pull force表示操作者施加拉力的時刻。圖片來源：Manu Prakash et al.

點擊播放 GIF/483K

在實踐中，這套「紙質離心機」也表現出的實用性也毫不遜色。在紙片中對稱插入裝有血樣的毛細管，手動離心1.5分鐘，便可以分離毛細管中的血漿和血細胞。若毛細管中是疑似瘧疾病人的全血，這套裝置則只需15分鐘便可分離出含有瘧原蟲的血細胞。

用紙離心裝置分離毛細管中的全血。毛細管內塗有能讓瘧原蟲著色的染料，用於指尖取血。塑料浮子的比重在血漿和血細胞之間，便於擴大不同細胞層的高度。在離心15分鐘後血液清晰分層，並能在相應層中觀察到瘧原蟲。原圖來源：參考文獻[1]

「紙質離心機」的不足之處是顯而易見的，但作為離心機的廉價替代品，它的開發依然很有意義。在經過各方面優化後，這套手動離心裝備的製作成本只有20美分，也即不到1.5元人民幣。研究人員在馬達加斯加進行的測試也表明，這種裝備的使用方法十分易於掌握。希望它能幫助更多偏遠貧困地區的人們享受到基礎而必不可少的醫療服務。

科學，不僅存在於精密昂貴的儀器之間，它也在努力用最低的成本惠及最需要它的人。

Manu Prakash教授與他的「紙片離心機」。

果殼網

ID：Guokr42

整天不知道在科普些啥玩意兒的果殼

我覺得你應該關注一下

本文來自果殼網，謝絕轉載

（歡迎轉發到朋友圈~）