震驚！這是成本僅20美分的高效離心機

       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，可以在不到1.5分鐘的時間內將血漿和血細胞分離開。

紙質離心機和血液分離實驗

眾所周知，血液檢測是疾病診斷的基本手段，而使用離心機除去細胞碎片等對診斷瘧疾、艾滋病、肺結核等低水平感染疾病的分子檢測結果的準確性和可靠性至關重要。離心機在工作過程中可以通過高速旋轉產生的離心力讓血液中的各成分根據密度分層，其中血細胞在最下層，血漿在上層，而致病細菌、寄生蟲等位于中間。但是通常我們使用的離心機都比較昂貴、需要用電、不便攜帶，對那些欠發(fā)達地區(qū)的醫(yī)院和醫(yī)生們來說，往往沒辦法使用這些離心機，這給疾病的診斷帶來了嚴重障礙。因此迫切需要廉價、無需用電、高轉速的便攜式離心機去改善這些地區(qū)的疾病診斷狀況。盡管此前已經有一些人力離心機，但是轉速都不夠快，難以進行血漿的快速分離。

Prakash教授2008年畢業(yè)于MIT，獲得應用物理學博士學位，現在的研究方向為物理生物學。他致力于利用物理學理論及實驗技術解決細胞及分子水平的生物學問題，同時也一直在積極開發(fā)新技術解決偏遠貧窮地區(qū)的一些重要醫(yī)療衛(wèi)生問題。在發(fā)現一些地區(qū)沒辦法使用離心機之后，他將目標瞄準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，他曾研究了十余種旋轉玩具，采用高速照相機去檢測它們的旋轉速度，結果發(fā)現轉速都達不到要求。有一天他突然想到了小時候玩過的“轉扣子”，由于好奇，他也使用高速照相機記錄下了扣子的轉動過程，沒想到扣子的轉速很高，很有可能滿足人力離心機的要求。嗯，開掛的實驗從此開始！

類似“轉扣子”的古代玩具

通過調研，他發(fā)現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，于是他帶領他的團隊嘗試用數學模型去揭示“轉扣子”的工作原理。通過模型，他們發(fā)現將繩子擰成螺旋狀儲存能量是轉扣子高速轉動的關鍵因素。“在這種情況，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構?！盤rakash博士解釋道：“就是這種超螺旋讓它的轉速遠超其幾何極限?！彪S后，他們花了近6個月的時間對這種離心機進行了優(yōu)化，最終得到轉速可達125,000 rpm（離心力達30,000 g）的紙質離心機，其轉速甚至超過了不少商用離心機。

繩子的螺旋和超螺旋

另外，這一策略對其他材質也通用，例如木材、塑料等等。通過成熟廉價的技術，可以使用聚合物制造類似的純人力離心機，一樣可以用來分離血液。

塑料制人力離心機，以及微流裝置與紙質離心機配合使用

“就結果而言，這個發(fā)明相當漂亮?！辈ㄊ款D大學的生物醫(yī)學工程師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謹，而且還因為它具有非常廣闊的應用前景?！钡撬J為人們可能不一定信任這種新技術，盡管已經證明這一設備可以幫助從血樣中鏡檢瘧原蟲，“人們也許會認為這種紙做的離心機不可靠，比不上那些花費上千美元的高級離心機?！?

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的非盈利健康服務機構簽署協議，將于3月開始在馬達加斯加島的一個鄉(xiāng)村進行臨床試驗?！拔也埋R達加斯加90%的實驗室都沒有可用的離心機，”Pivot的聯席CEO兼哈佛大學健康經濟學家Matthew Bonds說道，“如果真的有效，它將帶來革命?！?

—— 總結 —— 

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)達地區(qū)取代電驅動離心機，為疾病診斷帶來極大的方便，為這些無法享受當代科學技術的人們帶去機會和希望！

筆者此前從未想到還有不需要電的離心機！但是當看到這個發(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？