如何用紙和繩子製作離心機

知識 03-07

# 感謝 Dogephobia 童鞋投遞譯稿：

來自斯坦福大學的研究人員用紙開發出來了極其廉價的離心機，這種技術可以輕易的在發展中國家裡對於瘧疾等疾病進行快速的檢測。

如何用紙和繩子製作離心機

這個被稱為「紙質離心機」(Paperfuge)的裝置，成本僅為0.2美元(約合人民幣1.38元)，所需材料即使在偏僻地區也可以找得到，而且並不需要用電，對於那些身處偏遠地區的醫生們來說可謂是最好的選擇。這個「離心機」只需要用紙和繩子一類的簡單材料就可以做出來，靠人力驅動。

「在當前全球健康問題的背景下，商用離心機既大又貴，而且需要用電驅動。開發出一種可拆散，不需要用電的臨床診斷儀器正面臨著一個巨大的瓶頸。」在來自斯坦福大學的馬努·帕拉卡什(Manu Prakash)和他的團隊在的他們的論文中如此說道。

如果你對離心機這個設備不熟悉的話，在這裡簡單是介紹一下。離心機就是一種籍由高速旋轉來分離血液類的樣本、從而使分析樣本變得更加簡單的儀器。離心機屬於實驗室的基礎儀器之一。

我們當前面臨的問題在於傳統的離心機又大又重還貴，而且得通電才能運作，通常情況下只有醫院和實驗室才會配備。然而對於住在孤立社區、熱帶疾病泛濫的地區的人們來說，把離心機帶過去是不現實的。

在不靠近醫院的情況下，醫生們無法快速準確的分析樣本，從而使居住在這些地區的人們承受著更大的風險。

因此這隻來自斯坦福的團隊嘗試尋找一種廉價的方式來替代離心機。最終他們從一個意想不到的地方獲得了靈感：一種古老的玩具叫做「轉輪」(whirligig)。

轉輪是指用繩子將穿在上面圓盤旋轉的玩具，有時在玩的時候還會發「嗡嗡「的聲音。這種玩具的歷史最早可以追溯到公元前3300年。

這裡是一張轉輪的圖片：
如何用紙和繩子製作離心機

轉輪是這樣運作的：首先把圓盤兩端的繩子擰緊纏繞起來，然後猛地一拉，中間的圓盤就會快速旋轉起來，接著兩端的繩子會繼續向反方向擰緊，然後再次拉開，周而復始。

據Gizmodo的報導：

「要使其工作，你要拉住穿過圓盤中心的繩子從而使其旋轉。紙質離心機也參照著同樣的簡單原理，用研究員們的話來說就是『非線性發振器(nonlinear oscillator)』。
通過給把手施力使繩子解旋，中心圓盤也會相應的旋轉。一旦繩子完全解旋，它們就會開始重新向反方向纏繞，形成一種超級纏繞的結構。」

就是以這樣簡單的一個玩具作為基礎就可以創造出紙質離心機，研究團隊們用繩子，木頭，PVC管作為把手還有用吸管來裝樣本。

如何用紙和繩子製作離心機

僅用這些材料這支團隊就可以對樣本施加如此不可思議的力。僅用人力和這些在村莊里隨處可見的物品就可以創造出原本複雜的診斷儀器。

「紙質離心機的轉速可達125,000轉每分鐘[RPM](相當於離心機上30,000g的力)，從理論上來說速度的極限可達1,000,000 RPM」

「我們展示了紙質離心機可以在1.5分鐘內把純血漿從血液里分離出來，而將瘧疾寄生蟲從中分離出來也只需15分鐘。」

在測試成功以後，研究人員希望在以後可以大量生產這種手持式紙質離心機，整個設備可以通過3d列印來生產，平均成本可以控制在20美分以內。

「由於生產這種設備的簡易性，我們可以立即大量生產然後分配給急需此類解決方案的地區。」這支團隊在報告中如此說到。

「最終，我們所展示的成果將作為廉價科學的典範：將簡單玩具中的複雜物理應用到全球健康上。」

相關論文發表在 Biomedical Engineering上。

[投稿 via ScienceAlert]

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