轉扣子大家都應該知道吧：將一根細繩穿過扣子的紙片兩個孔，在扣子一側將繩子兩端打結，玩具把扣子放在兩股繩子中間，化身抓住繩子兩端，離心轉動扣子讓兩股繩纏繞在一起，紙片然后有節奏地拉扯繩子，玩具扣子就快速轉動起來。化身

受到轉扣子游戲的離心啟發，兩位斯坦福大學的紙片生物工程師們制作了成本極低的人工離心器。這種人工離心器能在一分半鐘的玩具時間內將血液根據成分離心分層。僅僅用紙板、化身繩子和塑料就能實現。離心這種“紙板離心器”的紙片轉速能達到每分鐘125 000轉，產生的玩具離心力能達到30 000Gs。“就我所知，化身這是人力能產生的最快轉速了。”斯坦福大學的助理教授Manu Prakash說。

對如瘧疾、非洲昏睡病、艾滋病和肺結核等疾病的檢測是少不了使用離心器的。這種低成本的“紙板離心器”可用于服務疾病多發的偏遠貧窮地區，為人們提供準確的檢測。

目前，這種設備的物理研究和測試結果已經發表在1月10號上的《自然生物醫學工程》（NatureBiomedical Engineering）上了。

疾病診斷中，離心器用來分離血液中不同的成分，讓病原體檢測更加容易。普通離心器的工作原理是將液體放入設備內部可旋轉的滾筒中，當滾筒開始旋轉時，產生的離心力會使樣品管內的成分根據密度不同而分為數層。對血液離心時，較重的紅細胞沉在試管底部，血清在上層，而像導致瘧疾的寄生蟲則分布在中間。

Prakash的研究方向是為貧窮地區提供低成本科學工具。在烏干達的一次實地研究中，他發現當地一家診所把昂貴的離心器用作門擋，原因是當地根本沒有電來使用它。Prakash便萌發了制作一種新型離心器的想法。

在此之前，有過很多制造廉價、人力驅動的離心器的嘗試。2008年，哈佛大學George Whiteside實驗室用打蛋器旋轉生物藥品，轉速達到1 200轉／分鐘。2011年，萊斯大學Rebecca-RechardsKortum實驗室用沙拉攪拌器實現了600轉／分鐘的離心速度。

受到轉扣子游戲的啟發，Prakash開始跟實驗室的一位名叫Saad Bhamla的博士后，論文的第一作者，一起討論設計思路，即如何把人力轉化為旋轉力。經過數周的摸索，他們把目光放在了一種早在工業時代之前就已經出現的一種游戲上：轉扣子。

“有天晚上，我在玩轉扣子。出于好奇，我用高速相機記錄扣子轉動的情形來看看它到底能轉多快。我無法相信自己的眼睛，”Bhamla在發現扣子的轉動速度高達每分鐘10 000到15 000轉后說道。

緊接著，他花了兩周的時間來設計第一個“紙板離心器”原型。Bhamla把裝有血液的毛細吸管附著在紙盤上，成功地實現了分層。這是典型的結果驗證，但在進行下一步設計之前，他和Prakash決定先弄明白轉扣子到底是怎么一回事。

Bhamla從麻省理工大學和斯坦福大學招募了三名工程研究生，建立了轉扣子數學模型。他們團隊利用計算機模擬來獲取一些設計參數，比如紙盤尺寸、繩子彈性以及拉伸力等。他們還借用超螺旋DNA的物理方程來解釋人工拉伸力如何從纏繞的繩子上轉移并轉動紙盤。他們發現，超螺旋是這個玩具的秘密。當繩子纏繞到一定程度時，它開始在上方形成另一個螺旋。這種超螺旋結構存儲更多的能量，并最終加速紙板，達到更快的轉動速度。

“奇妙的數學隱藏在這個小裝置里面，”Prakash說道。在工程師完成驗證裝置模型和原型的表現后，他們最終做出了轉速達到125000轉／分鐘的“紙板離心器”，遠遠優于第一個原型裝置的表現。作為對比，StatSpin公司的MP離心機的最大轉速是15 8000轉／分鐘，需要兩分鐘實現血清分離。

“從技術角度上看，我們的設計不亞于價值1000到5000美元的離心機，“Prakash說。與此同時，他們還提高了裝置的安全性，并開始著手測試能現場檢測寄生蟲的離心器。實驗室試驗表明，可以在15分鐘內分離血液紅細胞與導致瘧疾的寄生蟲。

剛從馬達加斯加的田野研究回來的Bhamla和Prakash目前正在跟PIVOT和Institut Pasteur合作進行用于瘧疾檢測的“紙板離心器”的實地驗證。

 “紙板離心器”是Praskash實驗室基于廉價科學哲學的第三項發明。廉價科學哲學指導工程師重新思考傳統的醫學工具，降低成本，把技術能力帶到貧窮地區的醫療人員手中。

Praskash的夢想是把這些擁有實驗室能力的工具放入背包中，服務于世界上許多遙遠落后地區。達拉斯德克薩斯大學納米科技研究所所長Ray Baughman說：“極具創造力的人善于觀察生活，并從中汲取靈感。這是個絕佳的例子 。這項技術的應用將給資源匱乏地區的人們帶來福音。”

“廉價科學是科學工具的民主化運動，應當為全人類共享，”Prakash說。

撰文 Kris Newby

翻譯 龔聰

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