@ 2017.03.07 , 00:28

如何用纸和绳子制作离心机

# 感谢 Dogephobia 童鞋投递译稿:

来自斯坦福大学的研究人员用纸开发出来了极其廉价的离心机,这种技术可以轻易的在发展中国家里对于疟疾等疾病进行快速的检测。

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这个被称为“纸质离心机”(Paperfuge)的装置,成本仅为0.2美元(约合人民币1.38元),所需材料即使在偏僻地区也可以找得到,而且并不需要用电,对于那些身处偏远地区的医生们来说可谓是最好的选择。这个“离心机”只需要用纸和绳子一类的简单材料就可以做出来,靠人力驱动。

“在当前全球健康问题的背景下,商用离心机既大又贵,而且需要用电驱动。开发出一种可拆散,不需要用电的临床诊断仪器正面临着一个巨大的瓶颈。”在来自斯坦福大学的马努·帕拉卡什(Manu Prakash)和他的团队在的他们的论文中如此说道。

如果你对离心机这个设备不熟悉的话,在这里简单是介绍一下。离心机就是一种籍由高速旋转来分离血液类的样本、从而使分析样本变得更加简单的仪器。离心机属于实验室的基础仪器之一。

我们当前面临的问题在于传统的离心机又大又重还贵,而且得通电才能运作,通常情况下只有医院和实验室才会配备。然而对于住在孤立社区、热带疾病泛滥的地区的人们来说,把离心机带过去是不现实的。

在不靠近医院的情况下,医生们无法快速准确的分析样本,从而使居住在这些地区的人们承受着更大的风险。

因此这只来自斯坦福的团队尝试寻找一种廉价的方式来替代离心机。最终他们从一个意想不到的地方获得了灵感:一种古老的玩具叫做“转轮”(whirligig)。

转轮是指用绳子将穿在上面圆盘旋转的玩具,有时在玩的时候还会发“嗡嗡“的声音。这种玩具的历史最早可以追溯到公元前3300年。

这里是一张转轮的图片:
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转轮是这样运作的:首先把圆盘两端的绳子拧紧缠绕起来,然后猛地一拉,中间的圆盘就会快速旋转起来,接着两端的绳子会继续向反方向拧紧,然后再次拉开,周而复始。

据Gizmodo的报导:

“要使其工作,你要拉住穿过圆盘中心的绳子从而使其旋转。纸质离心机也参照着同样的简单原理,用研究员们的话来说就是‘非线性发振器(nonlinear oscillator)’。
通过给把手施力使绳子解旋,中心圆盘也会相应的旋转。一旦绳子完全解旋,它们就会开始重新向反方向缠绕,形成一种超级缠绕的结构。”

就是以这样简单的一个玩具作为基础就可以创造出纸质离心机,研究团队们用绳子,木头,PVC管作为把手还有用吸管来装样本。

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仅用这些材料这支团队就可以对样本施加如此不可思议的力。仅用人力和这些在村庄里随处可见的物品就可以创造出原本复杂的诊断仪器。

“纸质离心机的转速可达125,000转每分钟[RPM](相当于离心机上30,000g的力),从理论上来说速度的极限可达1,000,000 RPM”

“我们展示了纸质离心机可以在1.5分钟内把纯血浆从血液里分离出来,而将疟疾寄生虫从中分离出来也只需15分钟。”

在测试成功以后,研究人员希望在以后可以大量生产这种手持式纸质离心机,整个设备可以通过3d打印来生产,平均成本可以控制在20美分以内。

“由于生产这种设备的简易性,我们可以立即大量生产然后分配给急需此类解决方案的地区。”这支团队在报告中如此说到。

“最终,我们所展示的成果将作为廉价科学的典范:将简单玩具中的复杂物理应用到全球健康上。”

相关论文发表在 Biomedical Engineering上。

本文译自 ScienceAlert,由译者 投稿 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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