斯坦福大学的工程师,包括印度裔工程师,已经建造了一种超低成本的人力离心机,只需1.5分钟即可将血液分离成其独立成分,并且可以精确诊断和治疗疟疾,HIV和结核病等疾病。
“paperfuge” 由20美分的纸,麻线和塑料制成,可以以每分钟125,000转 (rpm) 的速度旋转并施加30,000 Gs的离心力。
美国斯坦福大学生物工程学助理教授马努·普拉卡什 (Manu prakash) 说: “据我所知,它是由人类力量驱动的最快的旋转物体。”
离心机对于检测疟疾,非洲昏睡病,艾滋病毒和结核病等疾病至关重要。研究人员说,这种低成本的版本将能够在这些疾病最普遍的贫困,离网地区进行精确的诊断和治疗。
当用于疾病检测时,离心机会分离血液成分,使病原体更容易检测。典型的离心机在电动旋转滚筒内旋转流体样品。当鼓旋转时,离心力通过密度将流体分离成样品管内的层。在血液的情况下,重红细胞聚集在管的底部,水状血浆漂浮到顶部,寄生虫 (如引起疟疾的寄生虫) 定居在中间。
受旋转玩具的启发,prakash和他实验室的博士后研究员Saad Bhamla探索了将人类能量转化为旋转力的方法。他们专注于工业时代之前发明的玩具-溜溜球,陀螺和陀螺。
“一天晚上,我在玩按钮和绳子,出于好奇,我设置了一个高速摄像头,看看按钮旋转会有多快。我简直不敢相信自己的眼睛,”Bhamla说,当他发现呼呼按钮以10,000到15,000 rpm的速度旋转时。
经过两周的原型制作,他将血液的毛细血管安装在纸盘旋转装置上,并能够将血液离心成层。该团队创建了一个计算机模拟来捕获设计变量,例如光盘大小,弦弹性和拉力。
他们还从超螺旋DNA链的物理学中借用了方程式,以了解手动力如何从螺旋弦中移动以驱动旋转的圆盘。一旦工程师根据真实世界的原型性能验证了他们的模型,他们就能够创建转速高达125,000 rpm的原型,其幅度大大高于他们的第一个原型。
“从技术规格的角度来看,我们可以匹配价格从1,000美元到5,000美元的离心机,” prakash说。从基于实验室的试验中,研究人员发现疟疾寄生虫可以在15分钟内从红细胞中分离出来。通过在涂有a啶橙染料的毛细管中旋转样品,只需将毛细管置于显微镜下即可识别出发光的疟疾寄生虫。
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