看起來(lái)是不是很眼熟？想起了小時(shí)候玩過(guò)的玩具？不過(guò)，這可真不是玩具，Prakash等人發(fā)明的這個(gè)小玩意，別看它十分簡(jiǎn)易，但是它確確實(shí)實(shí)是一臺(tái)高效的離心機(jī)，可以在不到1.5分鐘的時(shí)間內(nèi)將血漿和血細(xì)胞分離開(kāi)。

紙質(zhì)離心機(jī)和血液分離實(shí)驗(yàn)

眾所周知，血液檢測(cè)是疾病診斷的基本手段，而使用離心機(jī)除去細(xì)胞碎片等對(duì)診斷瘧疾、艾滋病、肺結(jié)核等低水平感染疾病的分子檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。離心機(jī)在工作過(guò)程中可以通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力讓血液中的各成分根據(jù)密度分層，其中血細(xì)胞在最下層，血漿在上層，而致病細(xì)菌、寄生蟲(chóng)等位于中間。但是通常我們使用的離心機(jī)都比較昂貴、需要用電、不便攜帶，對(duì)那些欠發(fā)達(dá)地區(qū)的醫(yī)院和醫(yī)生們來(lái)說(shuō)，往往沒(méi)辦法使用這些離心機(jī)，這給疾病的診斷帶來(lái)了嚴(yán)重障礙。因此迫切需要廉價(jià)、無(wú)需用電、高轉(zhuǎn)速的便攜式離心機(jī)去改善這些地區(qū)的疾病診斷狀況。盡管此前已經(jīng)有一些人力離心機(jī)，但是轉(zhuǎn)速都不夠快，難以進(jìn)行血漿的快速分離。

Prakash教授2008年畢業(yè)于MIT，獲得應(yīng)用物理學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)在的研究方向?yàn)槲锢砩飳W(xué)。他致力于利用物理學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決細(xì)胞及分子水平的生物學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也一直在積極開(kāi)發(fā)新技術(shù)解決偏遠(yuǎn)貧窮地區(qū)的一些重要醫(yī)療衛(wèi)生問(wèn)題。在發(fā)現(xiàn)一些地區(qū)沒(méi)辦法使用離心機(jī)之后，他將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了這個(gè)迫切而棘手的問(wèn)題。

Manu Prakash博士

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Manu Prakash教授可謂是煞費(fèi)苦心。為了開(kāi)發(fā)出人力離心機(jī)，他曾研究了十余種旋轉(zhuǎn)玩具，采用高速照相機(jī)去檢測(cè)它們的旋轉(zhuǎn)速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速都達(dá)不到要求。有一天他突然想到了小時(shí)候玩過(guò)的“轉(zhuǎn)扣子”，由于好奇，他也使用高速照相機(jī)記錄下了扣子的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，沒(méi)想到扣子的轉(zhuǎn)速很高，很有可能滿(mǎn)足人力離心機(jī)的要求。嗯，開(kāi)掛的實(shí)驗(yàn)從此開(kāi)始！

類(lèi)似“轉(zhuǎn)扣子”的古代玩具

通過(guò)調(diào)研，他發(fā)現(xiàn)盡管這個(gè)古老的玩具擁有5000多年歷史，但是卻沒(méi)有人知道它的工作原理，于是他帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)嘗試用數(shù)學(xué)模型去揭示“轉(zhuǎn)扣子”的工作原理。通過(guò)模型，他們發(fā)現(xiàn)將繩子擰成螺旋狀儲(chǔ)存能量是轉(zhuǎn)扣子高速轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)鍵因素?！霸谶@種情況，繩子在輕微外力的作用下會(huì)不斷解螺旋再螺旋，其中最重要的就是超螺旋結(jié)構(gòu)。”P(pán)rakash博士解釋道：“就是這種超螺旋讓它的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)超其幾何極限?！彪S后，他們花了近6個(gè)月的時(shí)間對(duì)這種離心機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，最終得到轉(zhuǎn)速可達(dá)125,000 rpm（離心力達(dá)30,000 g）的紙質(zhì)離心機(jī)，其轉(zhuǎn)速甚至超過(guò)了不少商用離心機(jī)。

繩子的螺旋和超螺旋

另外，這一策略對(duì)其他材質(zhì)也通用，例如木材、塑料等等。通過(guò)成熟廉價(jià)的技術(shù)，可以使用聚合物制造類(lèi)似的純?nèi)肆﹄x心機(jī)，一樣可以用來(lái)分離血液。

塑料制人力離心機(jī)，以及微流裝置與紙質(zhì)離心機(jī)配合使用

“就結(jié)果而言，這個(gè)發(fā)明相當(dāng)漂亮。”波士頓大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師Muhammad Zaman對(duì)這項(xiàng)研究贊譽(yù)有加，“這項(xiàng)研究給我的印象非常深刻，不僅因?yàn)樗睦碚摷澳M十分嚴(yán)謹(jǐn)，而且還因?yàn)樗哂蟹浅V闊的應(yīng)用前景?！钡撬J(rèn)為人們可能不一定信任這種新技術(shù)，盡管已經(jīng)證明這一設(shè)備可以幫助從血樣中鏡檢瘧原蟲(chóng)，“人們也許會(huì)認(rèn)為這種紙做的離心機(jī)不可靠，比不上那些花費(fèi)上千美元的高級(jí)離心機(jī)?！?/span>

而Prakash博士正在為消除人們的疑慮而努力，他已于近期與一個(gè)叫做Pivot的非盈利健康服務(wù)機(jī)構(gòu)簽署協(xié)議，將于3月開(kāi)始在馬達(dá)加斯加島的一個(gè)鄉(xiāng)村進(jìn)行臨床試驗(yàn)?！拔也埋R達(dá)加斯加90%的實(shí)驗(yàn)室都沒(méi)有可用的離心機(jī)，”P(pán)ivot的聯(lián)席CEO兼哈佛大學(xué)健康經(jīng)濟(jì)學(xué)家Matthew Bonds說(shuō)道，“如果真的有效，它將帶來(lái)革命?！?/span>

—— 總結(jié) —— 

這項(xiàng)來(lái)源于生活最終將回歸到生活的發(fā)明，或許將帶來(lái)大變革，在欠發(fā)達(dá)地區(qū)取代電驅(qū)動(dòng)離心機(jī)，為疾病診斷帶來(lái)極大的方便，為這些無(wú)法享受當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的人們帶去機(jī)會(huì)和希望！

筆者此前從未想到還有不需要電的離心機(jī)！但是當(dāng)看到這個(gè)發(fā)明之時(shí)，不得不驚嘆于作者的腦洞！或許我們并不是缺少創(chuàng)造力，而是缺少啟發(fā)創(chuàng)造力所需的眼睛！創(chuàng)新往往來(lái)自于生活、大自然，不要放棄身邊的一草一木，興許一篇Nature子刊就藏在你的書(shū)桌旁！趕緊想想童年還有啥玩具可能用到科研上？