受到转扣子游戏的启发，两位斯坦福大学的生物工程师们制作了成本极低的简易离心机，其转速能达到每分钟125000转，这种巧妙的设计对条件简陋的偏远地区有着非凡的意义。

       转扣子是许多人小时候都玩过的游戏：将一根细绳穿过扣子的两个孔，在扣子一侧将绳子两端打结，把扣子放在两股绳子中间，抓住绳子两端，转动扣子让两股绳缠绕在一起，然后有节奏地拉扯绳子，扣子就快速转动起来。
       受到转扣子游戏的启发，两位斯坦福大学的生物工程师们制作了成本极低的人工离心机。这种人工离心机仅由纸片、绳子、塑料组成，一美元就能做五个，在一分半钟的时间内将血液根据成分离心分层。这种“纸片离心机”的转速能达到每分钟125000转（30000 g）。“就我所知，这是人力能产生的最快转速了。”斯坦福大学的助理教授 Manu Prakash 说。
       要检测如疟疾、非洲昏睡病、艾滋病和肺结核等疾病，离心机是少不了的。这种低成本的“纸片离心机”可用于服务疾病多发的偏远贫穷地区，为人们提供准确的检测。
       2017年1月10号，该设备的物理研究和测试结果发表于Nature Biomedical Engineering。

       最方便的“仪器”
       疾病诊断中，离心机用来分离血液中不同的成分，让病原体检测更加容易。普通离心机的工作原理是将液体放入设备内部可旋转的滚筒中，当滚筒开始旋转时，产生的离心力会使样品管内的成分根据密度不同而分为数层。对血液离心时，较重的红细胞沉在试管底部，血清在上层，而像导致疟疾的寄生虫则分布在中间。（详见https://v.qq.com/iframe/preview.html?vid=c03657tr6sf&width=500&height=375&auto=0）

       Prakash 的研究方向是为贫穷地区提供低成本科学工具。在乌干达的一次实地研究中，他发现当地一家诊所把昂贵的离心机用作门挡，因为当地根本没有电。Prakash 便萌发了制作一种新型离心机的想法。
       在此之前，科研人员也曾尝试制造各种廉价的人力驱动离心机。2008年，哈佛大学 George Whiteside 实验室用打蛋器旋转生物药品，转速达到1200转／分钟。2011年，莱斯大学 Rebecca-RechardsKortum 实验室用沙拉搅拌器实现了600转／分钟的离心速度。
       受到转扣子游戏的启发，Prakash 开始跟实验室的一位名叫 Saad Bhamla 的博士后（该论文第一作者）一起讨论设计思路，即如何把人力转化为旋转力。经过数周的摸索，他们把目光放在了一种早在工业时代之前就已经出现的一种游戏上：转扣子。
       “有天晚上，我在玩转扣子。出于好奇，我用高速相机记录扣子转动的情形来看看它到底能转多快。我无法相信自己的眼睛，”Bhamla 在发现扣子的转动速度高达每分钟10000到15000转后说道。
       紧接着，他花了两周的时间来设计第一个“纸片离心机”原型。Bhamla 把装有血液的毛细吸管附着在纸盘上，成功实现了分层。这是典型的结果验证，但在进行下一步设计之前，他和 Prakash 决定先弄明白这个简单的小玩意是如何创造奇迹的。

       创造奇迹的纸片
       Bhamla 从麻省理工大学和斯坦福大学招募了三名工程研究生，建立了转扣子数学模型。他们团队利用计算机模拟来获取一些设计参数，比如纸盘尺寸、绳子弹性以及拉伸力等。他们还借用超螺旋 DNA 的物理方程来解释人工拉伸力如何从缠绕的绳子上转移并转动纸盘。他们发现，超螺旋是这个玩具的秘密。当绳子缠绕到一定程度时，它开始在上方形成另一个螺旋。这种超螺旋结构存储更多的能量，并最终加速纸片，达到更快的转动速度。
       “这个小装置的背后暗藏奇妙的数学。”Prakash 说道。在工程师完成验证装置模型和原型的表现后，他们最终做出了转速达到125000转／分钟的“纸片离心机”，远远优于原型装置的表现。相比之下，StatSpin 公司的 MP 离心机的最大转速是158000转／分钟，两分钟可实现血清分离。
       “从技术角度上看，我们的设计不亚于价值1000到5000美元的离心机。”Prakash 说。

       与此同时，他们还提高了装置的安全性，并开始着手测试能现场检测寄生虫的离心机。实验表明，“纸片离心机”可以在15分钟内分离血液红细胞与导致疟疾的寄生虫。Bhamla 和 Prakash 不久前刚结束马达加斯加的实地实验，目前正与 PIVOT 、Institut Pasteur 及马达加斯加公共卫生人员合作，让用于疟疾检测的“纸片离心机”经受实战检验。

       廉价，但意义非凡

       “纸片离心机”是 Praskash 实验室基于廉价科学哲学的第三项发明。廉价科学哲学指导工程师重新思考传统的医学工具，降低成本，把技术能力带到贫穷地区的医疗人员手中。（详见https://v.qq.com/iframe/preview.html?vid=b03652eun8j&width=500&height=375&auto=0）

       Praskash 的梦想是把这些拥有实验室能力的工具放入背包中，服务于世界上许多遥远落后地区。达拉斯德克萨斯大学纳米科技研究所所长 Ray Baughman 说：“极具创造力的人善于观察生活，并从中汲取灵感。这是个绝佳的例子 。这项技术的应用将给资源匮乏地区的人们带来福音。”
       “廉价科学是科学工具的民主化运动，应当为全人类共享，”Prakash 说。

       （新闻来源：微信公众号“创新地标”ID: kejitouzi  翻译 龚聪  视频字幕 吴非）

       Hand-powered ultralow-cost paper centrifuge

       http://www.nature.com/articles/s41551-016-0009