科學家用紙跟繩子製做出0.2美元的離心機,誰都能自己動手做!

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研究人員研發了一種用紙張製成非常廉價的「離心機」(centrifuge),並且可以很輕易地用在開發中國家,快速測試出像瘧疾這種疾病。

這個裝置被叫做paperfuge(紙離心機),成本只需要美金0.20就可以製作出來,並且在偏遠地區就地取材生產,不需要使用任何電力,對野外的醫生們來說是完美的工具,全部材料也只不過需要紙及一些簡單的東西像是細繩,和一些費力地幹活罷了。

史丹佛大學團隊主事者Manu Prakash說:「在全球公共醫療條件上,商業型離心機是昂貴的,體積笨重,而且需要電力供應,因此在分散管理,免電池的即時血糖檢測診療裝置的發展上就變成危急的瓶頸。」

假如你還不知道離心機是什麼,它其實是一種可以旋轉樣本的裝置,例如裝盛血液的小玻璃瓶,經過極速旋轉後,將裏面的物質分離出來,然後可以輕易地進行分析工作,基於這個原理,離心機是一個重要的實驗室工具。

問題是傳統的離心機很大台,重量很重,而且價格昂貴,並且它們需要電力來啟動功能,所以大部份裝置限制在醫院或實驗室裏頭,要送到像是流行熱帶疾病的隔離社區給人們使用是特別困難的。

如果附近沒有醫院的話,醫生無法迅速及正確地分析樣本,這些人口會面臨無法被治療的高風險處境。

史丹佛研究團隊出發去當地尋找是否有方法可以製作出廉價的離心機,然後他們在一個不太可能的點上找到了靈感,一個古時候的玩具叫做「旋轉玩具」(whirligig)

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旋轉玩具是一種簡單的玩具,使用幾條細繩然後繞著核心旋轉,有時候會在旋轉過程中發出嗡嗡聲的聲響,旋轉玩具的使用可以追溯至西元前3,300年

它們看起來像是這樣:

旋轉玩具的運作方式是將細繩捲繞每一面,然後往一個中心點拴繩,拉動細繩使之解開和倒回的動作,快速地在核心旋轉著。

George Dvorsky 在Gizmodo流行科技網誌中提到

「運作它的方式是,藉著拉動通過中心的線繩,旋轉一個圓形的碟盤,paperfuge根據相同的原則運作,研究人員描述它是「非線性振盪器」(nonlinear oscillator)。」

施力在把手捲回細繩,引起中間的碟盤自轉,一旦細繩完全鬆開捲回,就開始倒轉,形成一個超級盤繞的結構。

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這個簡單的玩具也可以成為paperfuge運作的基本原則,團隊構想出利用紙,釣魚線,木頭或PVC塑膠管做為把手,飲料的吸管用來裝樣本。

使用這些材料,團隊就能夠達成不可思議的力量作用在樣本上,展現出根本不需要什麼特殊工具,只要人力和一些在村莊裏就可以找到的東西,來製作出精巧的診斷工具。

團隊說:「paperfuge可以達到每分鐘迴轉數125,000 (RPM)的速率,相當於30,000g的離心力(centrifugal forces),理論極限預估為每分鐘迴轉數1,000,000 RPM。」

「我們示範操作paperfuge,它可以在1.5分鐘內將血液的純血漿分離出來,然後在15分鐘內隔離瘧疾寄生蟲。」

有了成功的證明,研究人員希望未來大量生產手持式的paperfuge工具,全部的裝置可以用3D列印機製造,平均成本大約是每一個0.2美元。

團隊說:「我們所提議的裝置,它簡單的製作方法,就可以立刻在有急需的野地提供大量分配的解決方案。」

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「根本上,我們目前的工作提供了一個廉價的科學範例,把一個簡單玩具的複雜物理,發揮重要的功效,以作為全球公共醫療的應用。」

來看看以下這個視頻是如何操作這個裝置:

團隊的研究成果發表在生物醫學工程(Biomedical Engineering)網站。

來源:Science Alert