生物工程师开发一个20厘米,手动血液离心机

这里是如何建立一个变迁:穿过一个按钮中的两个线程的麻线。抓住循环结束,然后有节奏地拉。作为缠绕线圈和开卷,按钮以令人眼花缭乱的速度旋转。

现在,使用相同的机械原理,斯坦福大学的生物工程师创造了一个超低成本,人力离心机,只需1.5分钟将血液分离成单独的组分。“纸驱动器”由20美分的纸,麻绳和塑料制成,可以以125,000rpm的速度旋转并施加30,000Gs的离心力。

斯坦福大学生物工程助理教授Manu Prakash说:“据我所知,这是人力驱动的快的旋转物体  。

离心机对于检测诸如疟疾,非洲昏睡病,HIV和结核病等疾病关重要。这种低成本版本将能够在这些疾病为普遍的贫困,非网格区域进行精确诊断和治疗。

这种装置的物理和测试结果公布在自然生物医学工程的1月10  日刊。

无需电

当用于疾病测试时,离心机分离血液组分并使病原体更容易检测。典型的离心机使流体样品在电动旋转鼓内旋转。当滚筒旋转时,离心力将流体通过密度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,水样的血浆漂浮到顶部,寄生虫,如引起疟疾的寄生虫,沉积在中间。

Prakash专门为欠发达地区提供低成本诊断工具,他认识到需要一种新型离心机,因为他在乌干达农村诊所看到昂贵的离心机被用作门挡,因为没有电。

“世界上有超过十亿人没有基础设施,没有道路,没有电。我意识到,如果我们想解决一个关键问题,如疟疾诊断,我们需要设计一个人力离心机,花费不到一杯咖啡,“Prakash,这个研究的资深作者说。

灵感来自旋转玩具,Prakash开始集思广益的设计理念与Saad Bhamla,博士后研究员在他的实验室和作者在论文。经过几个星期的探索,将人类能量转化为纺织力,他们开始关注在工业时代之前发明的玩具 - 溜溜球,陀螺和陀螺。

“晚上我正在玩一个按钮和弦,出于好奇,我设置了一个高速摄像机,看看按钮陀螺会旋转多快。我不敢相信我的眼睛,“巴姆拉说,当他发现旋转按钮旋转在10,00015,000转/分。

在两个星期的原型设计之后,他将血液毛细管安装在纸盘旋转上,并能够将血液离心成层。这是一个明确的概念证明,但在他进入设计过程的下一步之前,他和Prakash决定解决一个没有人拥有的科学问题:变化实际上是如何工作的?

另一个字符串理论

Bhamla招聘了来自麻省理工学院和斯坦福大学的三个本科工程学生,以建立一个数学模型如何设备工作。团队创建了一个计算机模拟来捕获设计变量,如磁盘大小,字符串弹性和拉力。他们还从超螺旋DNA链的物理学借用了方程,以了解手力如何从卷绕的串移动到驱动旋转盘。

“有一些美丽的数学隐藏在这个对象内,”Prakash说。

一旦工程师验证了他们的模型与真实世界的原型性能,他们能够创建一个原型,旋转速度高达125,000 rpm,幅度明显高于他们的个原型。

“从技术规格的角度来看,我们可以匹配价格从1000美元到5000美元的离心机,”Prakash说。

同时,他们提高了设备​​的安全性,并开始测试配置,可用于测试现场的活寄生虫。从实验室试验,他们发现疟疾寄生虫可以在15分钟内从红细胞分离。并且通过在预涂有吖啶橙染料的毛细管中旋转样品,可以通过简单地将毛细管放置在显微镜下来鉴定发光的疟疾寄生虫。

近从马达加斯加实地工作返回的Bhamla和Prakash目前正在PIVOT和Pasteot 研究所进行一项疟疾诊断试验的纸胎场验证试验,该试验是位于马达加斯加的社区卫生合作者。

一个节俭的科学工具箱

Paperfuge是Prakash实验室的第三个发明,由一个节俭的设计理念驱动,工程师重新思考传统医疗工具,以降低成本,将科学能力带出实验室,并进入资源贫乏地区的医护人员手中。

个是  折叠镜,一个功能齐全,低于一元的纸显微镜,可用于诊断血源性疾病,如疟疾,非洲昏睡病和查加斯。到目前为止,世界各地的人手中有50,000个折叠镜,一家分拆公司近推出了一个Kickstarter运动,运送100万张。

第二个是一个5美元  可编程的孩子化学集,灵感来自手摇曲音乐盒,这使得在现场执行精确的化学测定。

Prakash的梦想是,这些工具将使卫生工作者,野外生态学家和世界上偏远地区的儿童在背包里携带一个完整的实验室。

“节俭科学是关于民主化科学工具,把它们给世界各地的人,”普拉卡什说。

普拉卡什也是成员  斯坦福大学生物-X  和  斯坦福CHEM-H ,在研究员  在全球卫生斯坦福大学创新中心  和一个附属  斯坦福大学伍兹环境研究所。

论文的其他合着者是Brandon Benson,Chew Chai,Georgios Katsikis和Aanchal Johri。

这项工作得到国家推进转化科学中心(NCATS)的斯坦福光谱临床和转化科学奖,斯坦福医学院院长博士后研究金,皮尤基金会,摩尔基金会,国家科学基金会职业奖,和国家卫生研究院(NIH)新创新奖。

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