https://bitly.su/bliX7Fg
Оборудование медицинских лабораторий часто демонстрирует высокие технологии в лучшем виде. Устройства могут выполнять сложные задачи, такие как быстрое и простое разделение крови на ее части. Однако эти машины часто трудно - а то и невозможно - использовать в бедных странах или в отдаленных полевых клиниках.
Зачастую дорогостоящие и громоздкие, они, как правило, требуют подготовки для использования. И большинство из них питается от электричества. Но исследователи только что представили простой, недорогой прибор с питанием от человека, полезный для медицинской диагностики. Он может разделить кровь на части.Лучше всего то, что это так просто, что ребенок может управлять им. Действительно, она основана на игрушке, которая существует уже тысячи лет.
Ману Пракаш - биоинженер Стэнфордского университета в Калифорнии. Там он разрабатывает медицинские приборы, которые могут быть легко использованы любым человеком в любой точке мира. Несколько лет назад его команда изобрела микроскоп, изготовленный в основном из бумаги, который стоит меньше доллара.
Несколько лет назад во время поездки в Уганду, в восточноафриканскую страну, Пракаш был удивлен, когда увидел, что дорогая центрифуга используется в качестве ограничителя дверей. Медицинские лаборатории используют эти устройства для разделения жидких смесей, таких как кровь или грязная вода, на различные компоненты. Основываясь на том, что они узнают из этих компонентов, врачи адаптируют лечение пациента.Но в клинике не было электричества. Так что никто не мог использовать эту машину.
Центрифужная машина
Эта центрифуга может разделять кровь или другие жидкости на различные части для облегчения диагностики заболеваний. Но эти машины стоят дорого и нуждаются в электричестве. И это может помешать их использованию во многих более бедных частях мира.
Ключевым элементом центрифуги является ее быстро вращающаяся внутренняя часть. Считайте это маленькой версией стиральной машины с верхней загрузкой. В центрифуге, однако, внутренняя камера вращается быстрее, чем детали в двигателе автомобиля.
Все, что находится внутри вращающейся центрифуги, испытывает силу, которая отводит ее от центра вращения в сторону обода устройства. Это похоже на то, как влажная одежда в стиральной машине при отжиме прижимается к внутренней стенке барабана во время цикла отжима.
Когда центрифуга вращает пробирку с кровью для отделения различных частей, флакон загружается таким образом, чтобы его основание было обращено наружу. Силы вращения направлены наружу наиболее плотными частями крови - тромбоцитами и клетками крови.
Более легкие детали, такие как жидкость или плазма, остаются сверху. Врачи или лаборанты могут затем разделить каждый слой для проведения анализов, направляющих лечение. Без центрифуги такие испытания становятся трудными, если не невозможными.
Центрифуга, ставшая дорогой дверной пробкой, вдохновила команду Пракаша на то, чтобы придумать что-то, что могло бы послужить той же цели. Их устройство должно было вращаться очень быстро. Он должен быть дешевым и простым в использовании. И он должен был бы работать без электричества.
Ранее, отмечает Пракаш, люди предлагали использовать кухонные приборы в качестве недорогой центрифуги, такие как яичница или ручной миксер. Но эти инструменты не могли вращаться достаточно быстро, чтобы хорошо отделить кровь. Поэтому они с Саадом Бхамлой, также в Стэнфорде, начали мозговой штурм о том, что может быть в состоянии вращаться достаточно быстро.И тогда Бхамла вспомнил игрушку: водоворот.
Это очень просто. Начните с маленького диска с двух отверстий, похожего на большую кнопку. Через отверстия проходит петля из струны. Затем на каждом конце петли устанавливаются рукоятки. Когда веревка скручена, она накапливает энергию. При вытягивании рукояток высвобождается эта энергия и диск быстро вращается.
При правильном изготовлении и использовании гидромассажный узел разматывается, а затем перематывается назад. Дополнительное вытягивание рукоятки приводит к тому, что диск начинает вращаться в обратном направлении.
"Это несложно", - говорит Бхамла. "Я не могу вспомнить никого любого возраста, кто не научится им пользоваться." Действительно, индейские дети имели версию этой игрушки еще в 500 году до н.э. Их диски были сделаны из глины, кости или камня. Вместо веревки использовали петлю из кожи.
Вихревая воронка отличается от центрифуги. Он вращается в двух направлениях, а не только в одном. Но это не имеет значения, говорит Пракаш, потому что вращение в любом направлении приводит к тому, что более плотные компоненты скатываются наружу в одном и том же направлении.
Пракаш и его команда сделали несколько завихрений, а затем использовали высокоскоростное видео для измерения скорости их вращения. И это хорошо, что они это сделали, говорит Бхамла. Самый маленький гидромассаж имел диск диаметром всего 5 миллиметров (0,2 дюйма). Однако он может вращаться со скоростью до 125 000 оборотов в минуту
"Мы считаем, что это самая высокая скорость отжима, когда-либо зарегистрированная для человеческого устройства, - говорит Пракаш. Команда описала свое изобретение в Интернете 10 января в Nature Biomedical Engineering. Они также подали заявку на включение в список рекордов Гиннеса, отмечает Пракаш.
https://bitly.su/SZHes
Как они сделали это полезным?
Диск диаметром 5 миллиметров слишком мал, чтобы вместить пробирку крови. И более крупные версии вихрей команды вращаются медленнее. Но вращались ли они достаточно быстро, чтобы отделить кровь?
Затем стэнфордские исследователи разработали диск достаточно большого размера, чтобы вместить миниатюрную пробирку. В нем содержится 20 микролитров (0.0007 унций) крови. Это составляет менее одной капли. Но при вращении этот вихрь отделял красные кровяные тельца от плазмы менее чем за 90 секунд.
Центрифуга на основе вихревой воронки была изготовлена из бумаги. Поэтому исследователи назвали его "бумажной мелочью", сгустком бумаги и центрифугой. Их прототип стоит менее 20 центов, но работает он также и на машинах, которые стоят 1000 долларов и более, сообщают инженеры. Они также разработали недорогие пластиковые версии, которые можно легко распечатать в 3-D формате. Они могут вращаться со скоростью до 10 000 оборотов в минуту.
3D-печать
"Это очень креативная идея", - говорит Виктор . Он инженер-химик Техасского университета A&M на станции колледжа. Как и Пракаш, он и его команда разработали методы проведения медицинских анализов в полевых клиниках и других отдаленных районах, не имеющих доступа к электричеству.
Ему очень нравится простота бумажной салфетки. "Кто-то с очень слабой подготовкой может использовать его", - говорит он. Кроме того, он добавляет, что сходство с игрушкой делает игрушку удобной для восприятия: Пользователи "могут мгновенно увидеть, как это работает".
Бумажная фуга может выполнять несколько функций, Пракаш и его командная записка. Например, простое разделение крови на ее части может помочь врачам диагностировать анемию. При этом заболевании у пациентов обычно мало эритроцитов. Чуть более сложный метод может помочь врачам определить паразитов в крови, вызывающих малярию.
Почти половина населения мира подвержена риску заражения этим заболеванием, которое передается от укуса инфицированного комара. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2015 году более 210 миллионов человек заразились этим заболеванием. Около 429 000 из них умерли.
Многие из этих людей испытывают трудности с лечением, поскольку во всем мире более 1 миллиарда человек не имеют доступа к дорогам и электричеству, говорит Пракаш. С бумажной салфеткой отделение крови для изоляции малярийного паразита занимает всего 15 минут. Примерно в то же время необходимо изолировать паразитов от крови с помощью обычной центрифуги.
Это может изменить правила игры, утверждает он. "Я понял, что если мы хотим решить такую острую проблему, как диагностика малярии, - объясняет Пракаш, - нам нужно было разработать центрифугу, работающую на человеке и стоящую дешевле чашки кофе".