Волчок спасает медицину: необычное изобретение
Юла, или волчок, это настолько простая игрушка, что даже дети детсадовского возраста смогут сделать его примитивный вариант. Как ни странно, но это незамысловатое устройство, круговое вращение которого осуществляется за счет двух изогнутых струн, в скором времени может существенно улучшить медицину в развивающихся странах с нестабильной экономикой, благодаря новой версии прибора, который позволяет отделить кровяные тельца так же быстро, как и промышленные центрифуги.
«Paperfuge», как его называют, состоит из бумаги, веревки и клея, при этом себестоимость устройства составляет всего 20 центов (против сотен и тысяч долларов за заводские центрифуги). Если новое устройство пройдет все испытания, то инженеры уверены, что оно станет портативным и очень дешевым инструментом для диагностики анемии и инфекций, таких как ВИЧ и малярия в тех местах, где профессиональная техника недоступно.
Центрифуги — это вращающиеся механизмы, которые служат для разделения жидкостей и суспензий на разные фракции составляющих их веществ. Но, поскольку они стоят дорого (иногда до $6000), некоторые клиники в странах Третьего мира попросту не могут себе их позволить. Даже когда у лаборатории есть центрифуга, далеко не всегда найдется источник питания достаточно мощный, чтобы она могла функционировать. Чтобы обойти эту проблему, ученые придумали множество вариантов с альтернативным питанием, но, разумеется, скорость этих машин никогда не приблизится к промышленным образцам, которые могут достигать 100 000 оборотов в минуту.
Таким образом, команда исследователей под руководством биоинженера Ману Пракаша из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, решилась на более системный подход. Они собрали более 10 вращательных игрушек, от йо-йо до гироскопических запястных тренажеров, и использовали высокоскоростные камеры для того, чтобы измерять частоту вращения. Пракаш говорит, что в их лаборатории скопился настоящий склад подобных игрушек, и им даже пришлось нанять циркового артиста, который умел виртуозно обращаться с ними и здоров сэкономил время ученым.
Среди всех игрушек одна заметно выделялась. Зуммер, он же буллродер или зумбадо, первые образцы которого 5000-летней давности были найдены в Китае. Как ни странно, но современные ученые понятия не имели, каких математических и физических алгоритмов придерживается этот аппарат. Команда Пракшаша решила измерить ее потенциал с помощью компьютерного моделирования. Они обнаружили, что, среди прочего, скручивание нитей в плотные катушки имеет ключевое значение для полезного выхода — это позволяет добиться максимального результата при минимальных затратах энергии. «Расположение нитей очень интересное, налицо необычный тип спирализации, создание этаких сверхвитков, которые выходят далеко за рамки геометрических ограничений самой модели», делится своими наблюдениями биоинженер.
В течение 6 месяцев, команда оптимизировала свое устройство, увеличивая скорость его вращения и создавая прототип, который работал, если его потянуть взад-вперед за палочки, прикрепленные нитями к бумажному диску, содержащему крошечные капилляры с кровью. Устройство крутится, кровь вращается: итоговая частота составила целых 125 000 оборотов в минуту — результат, достойный и даже превосходящий промышленные машины. Paperfuge смог отделить частицы крови от плазмы меньше, чем за 90 секунд, сообщает команда в журнале Nature Biomedical Engineering.
Тем не менее, ученые согласны, что без полевых испытаний говорить об эффективности их изобретения пока рано. Основной проблемой они видят общественное недоверие: «Представьте себе, что существует огромная индустрия, полная современных дорогостоящих препаратов, в развитие которых регулярно инвестируют крупные корпорации. И тут появляемся мы, с бумажкой на веревочке за пару центов — разумеется, многие отнесутся к этому с подозрением и разумным недоверием», говорит ученый.
Впрочем, Пракшаш уже подписал контракт с некоммерческой организацией по здравоохранению Pivot в Бостоне, которая согласилась провести испытания прибора в сельских районах Мадагаскара. По данным компании, около 90% всех клиник на острове не имеют в своем распоряжении центрифуг, а это значит, что paperfuge придется как нельзя кстати.
