震驚！這是成本僅20美分的高效離心機(jī)

       看起來是不是很眼熟？想起了小時候玩過的玩具？不過，這可真不是玩具，Prakash等人發(fā)明的這個小玩意，別看它十分簡易，但是它確確實實是一臺高效的離心機(jī)，可以在不到1.5分鐘的時間內(nèi)將血漿和血細(xì)胞分離開。

紙質(zhì)離心機(jī)和血液分離實驗

眾所周知，血液檢測是疾病診斷的基本手段，而使用離心機(jī)除去細(xì)胞碎片等對診斷瘧疾、艾滋病、肺結(jié)核等低水平感染疾病的分子檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。離心機(jī)在工作過程中可以通過高速旋轉(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，對那些欠發(fā)達(dá)地區(qū)的醫(yī)院和醫(yī)生們來說，往往沒辦法使用這些離心機(jī)，這給疾病的診斷帶來了嚴(yán)重障礙。因此迫切需要廉價、無需用電、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)在的研究方向為物理生物學(xué)。他致力于利用物理學(xué)理論及實驗技術(shù)解決細(xì)胞及分子水平的生物學(xué)問題，同時也一直在積極開發(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)生問題。在發(fā)現(xiàn)一些地區(qū)沒辦法使用離心機(jī)之后，他將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了這個迫切而棘手的問題。

Manu Prakash博士

為了解決這個問題，Manu Prakash教授可謂是煞費苦心。為了開發(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候玩過的“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)動過程，沒想到扣子的轉(zhuǎn)速很高，很有可能滿足人力離心機(jī)的要求。嗯，開掛的實驗從此開始！

類似“轉(zhuǎn)扣子”的古代玩具

通過調(diào)研，他發(fā)現(xiàn)盡管這個古老的玩具擁有5000多年歷史，但是卻沒有人知道它的工作原理，于是他帶領(lǐng)他的團(tuán)隊嘗試用數(shù)學(xué)模型去揭示“轉(zhuǎn)扣子”的工作原理。通過模型，他們發(fā)現(xiàn)將繩子擰成螺旋狀儲存能量是轉(zhuǎn)扣子高速轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵因素?！霸谶@種情況，繩子在輕微外力的作用下會不斷解螺旋再螺旋，其中最重要的就是超螺旋結(jié)構(gòu)?！盤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個月的時間對這種離心機(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，這一策略對其他材質(zhì)也通用，例如木材、塑料等等。通過成熟廉價的技術(shù)，可以使用聚合物制造類似的純?nèi)肆﹄x心機(jī)，一樣可以用來分離血液。

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對這項研究贊譽有加，“這項研究給我的印象非常深刻，不僅因為它的理論及模擬十分嚴(yán)謹(jǐn)，而且還因為它具有非常廣闊的應(yīng)用前景。”但是他認(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，“人們也許會認(rèn)為這種紙做的離心機(jī)不可靠，比不上那些花費上千美元的高級離心機(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月開始在馬達(dá)加斯加島的一個鄉(xiāng)村進(jìn)行臨床試驗?！拔也埋R達(dá)加斯加90%的實驗室都沒有可用的離心機(jī)，”Pivot的聯(lián)席CEO兼哈佛大學(xué)健康經(jīng)濟(jì)學(xué)家Matthew Bonds說道，“如果真的有效，它將帶來革命?！?/span>

—— 總結(jié) —— 

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

筆者此前從未想到還有不需要電的離心機(jī)！但是當(dāng)看到這個發(fā)明之時，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子刊就藏在你的書桌旁！趕緊想想童年還有啥玩具可能用到科研上？