成本僅需20美分的手動離心機，會成功嗎？

原文以Spinning toy reinvented as low-tech centrifuge為標題

發布在2017年1月10日的《自然》新聞上

原文作者：Devin Powell

這種手動離心機能處理血液樣本，分離出瘧原蟲等病原體。

Manu Prakash在印度長大，小時候，他會把兩股繩連在瓶蓋上，拉動繩子轉著玩。現在，作為斯坦福大學的一位物理生物學家，他將這種簡單的拉繩玩具變成了有助於診斷瘧疾等疾病的廉價工具。

2013年，Prakash去烏干達研究考察，隨後開始進行這項研究。研究結果發表在1月10日的《自然-生物醫學工程》上。在探訪當地的健康服務診所時，他發現大多數地方都缺少能用的離心機，或者沒有離心機工作所需的電力，因此無法分離血液樣本，以進行基本的疾病診斷。

「有一家診所把壞掉的離心機當門擋用，」Prakash說。他還獲得過2016年的麥克阿瑟天才獎，是摺紙顯微鏡的發明者。「從非洲回來後，我們開始問自己，『我們能發明出一種只依靠人力，不需要用電的離心機嗎？』」

此前，其他研究者曾經用shuca甩水器和打蛋器製成過低科技含量的廉價離心機。但是，Prakash說，這些設備只能達到每分鐘1200轉左右的轉速，而且處理樣本的時間太長了。他的團隊希望能更勝一籌，因此，他們在一家玩具店購買了大量的旋轉玩具，並用高速攝影機拍下了它們的旋轉過程。溜溜球轉得太慢了（而且需要訓練才能操作），但拉繩玩具不但操作簡便，還能達到每分鐘10000轉左右的轉速，與商用離心機相當。

正在運轉的一個紙離心機，能夠從血液樣品中分離如瘧原蟲。Stanford News/Kurt Hickman

研究者對拉繩玩具的表現感到十分欣喜，開始探索背後的數學原理，希望能進一步做出改進。錄像顯示，拉繩玩具的線繩不僅會在拉放時纏繞在一起，而且還會形成類似DNA的螺旋結構。通過解出描述螺旋背後作用力的公式，他們得到了拉繩玩具的理想參數，包括圓盤的大小和線繩的粗細等等，其轉速可達每分鐘100萬轉。

人手的拉放速度並不能讓它達到這個理論上限，但Prakash實驗室研製出的一種新設計能達到每分鐘12.5萬轉的轉速。去年，他們為此申請了轉速最快的人力設備的吉尼斯世界紀錄。

「這項研究的特別之處在於，它發現了一個簡單的小玩具極為實用的用途，而且這種用途就藏在我們眼皮底下，」英國劍橋大學的應用數學家時枝正說。

Prakash和他的團隊把裝有血液樣本的塑料管貼在了經過優化的拉繩玩具上，他們的最終成品（被取名為紙質離心機）的轉速能達到每分鐘20000轉，能在一分半鐘內分離血漿，15分鐘內分離出瘧原蟲。

無論是在健康服務機構還是野外，工作人員是否會願意花上這麼長的時間來操作紙質離心機還是個未知數。Prakash已經與波士頓的一個非營利醫療衛生組織PIVOT合作，在馬達加斯加開展臨床試驗，這項試驗不僅會評估紙質離心機的易用程度，還會將它的可靠性和耐久性與商用離心機相比較。

Nature Video

「我們還不知道紙質離心機能不能成功，」PIVOT的聯合創始人、哈佛大學的經濟學家Matt Bonds說。「要說服人們放棄現代離心機還需要很多證據，但擁有紙質離心機這個替代選項可以創造出許多全新的可能性。」

Naturedoi:10.1038/nature.2017.21273