斯坦福大學(xué)開發(fā)出診斷瘧疾的3D打印醫(yī)療設(shè)備

近日，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出了一個(gè)拯救生命的3D打印工具，新設(shè)備可以幫助醫(yī)療工作者在缺乏精確實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的地區(qū)診斷瘧疾。據(jù)悉，開發(fā)此款設(shè)備的靈感來自于旋轉(zhuǎn)玩具，這中玩具可追溯到青銅器時(shí)代。

據(jù)了解，瘧疾是一種由蚊子傳播的傳染病，可引起發(fā)燒、嘔吐、疲勞，以及在極端情況下死亡。這種情況很容易用適當(dāng)?shù)尼t(yī)療設(shè)備診斷，但設(shè)備并不總是可用。然而，對(duì)于在偏遠(yuǎn)地區(qū)工作的醫(yī)務(wù)工作者來說，診斷瘧疾有一個(gè)竅門：使用離心機(jī)。通過非?？焖俚匦D(zhuǎn)血液樣品，血液中的不同細(xì)胞類型可以彼此分離，使得更容易發(fā)現(xiàn)寄生蟲。那么問題來了：如何獲得離心機(jī)?

斯坦福大學(xué)生物工程教授Manu Prakash在前往烏干達(dá)的旅行中也問自己同樣的問題，當(dāng)他遇到醫(yī)務(wù)人員急切需要一臺(tái)離心機(jī)，或者更具體地說，一臺(tái)可以沒有電源的離心機(jī)。“在一個(gè)初級(jí)保健中心，我們與醫(yī)療保健工作者交談，我們發(fā)現(xiàn)一臺(tái)離心機(jī)因?yàn)闆]有電而只是充當(dāng)擺設(shè)，”Prakash說。

“全世界有超過十億人沒有基礎(chǔ)設(shè)施，沒有道路，沒有電力，”Prakash繼續(xù)說。“我意識(shí)到，如果我們想解決一個(gè)關(guān)鍵問題，如瘧疾診斷，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)人力離心機(jī)，它的成本應(yīng)該在一杯咖啡以內(nèi)，”這個(gè)研究的資深作者Prakash說。

在回到加利福尼亞州，Prakash立即著手開發(fā)離心機(jī)，使其在沒有電的地區(qū)也能工作。他的靈感來自于兒童玩具!起初，Prakash和斯坦福研究團(tuán)隊(duì)試圖利用溜溜球的離心力，并且能夠獲得相當(dāng)快的速度。然而，這還不夠，其需要更快的旋轉(zhuǎn)。

撇開溜溜球，Prakash和他的團(tuán)隊(duì)偶然發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)流行的旋轉(zhuǎn)玩具：陀螺或蜂鳴器，一個(gè)古老的玩具，它由一個(gè)輪子組成，在手中或風(fēng)旋轉(zhuǎn)的中心功率。 “一天晚上我在玩一個(gè)按鈕和弦樂，出于好奇，我設(shè)置了一個(gè)高速攝像機(jī)，看看按鈕旋轉(zhuǎn)會(huì)旋轉(zhuǎn)多快，結(jié)果是我簡直不敢相信自己的眼睛，該裝置以10，000至15，000轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)。”博士后研究員Saad Bhamla說。

能夠比溜溜球更快的旋轉(zhuǎn)，團(tuán)隊(duì)然后繼續(xù)設(shè)計(jì)一個(gè)令人難以置信的有效率的變遷，記錄前所未有的每分鐘125，000轉(zhuǎn)的速度。由于第一版是由紙制成的，工程師稱他們的設(shè)備是“paperfuge”。(稍后將有3D打印版本。)

為了制造驅(qū)動(dòng)器，所需要的是用聚合物膜、線和PVC管或木材涂布的紙。為了操作，將血液樣品附著到中心盤上，之后使用者可以拉動(dòng)該串以開始快速旋轉(zhuǎn)。這種快速旋轉(zhuǎn)使細(xì)胞分離，就像它們?cè)诟嘿F的電子離心機(jī)中一樣。

在研究人員可以在他們的項(xiàng)目中繪制一條線之前，他們首先必須確保驅(qū)動(dòng)器能夠在現(xiàn)場(chǎng)工作。他們因此預(yù)訂了到馬達(dá)加斯加的旅行，以試驗(yàn)設(shè)備的真實(shí)。幸運(yùn)的是，測(cè)試是成功的，當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生保健工作者能夠旋轉(zhuǎn)血液樣品，以測(cè)試寄生蟲。更好的是，花費(fèi)只有20美分，因此可以由任何醫(yī)療人員使用可用的材料。

除了創(chuàng)建其設(shè)備的紙張版本，研究人員還嘗試使用SLA 3D打印機(jī)制作類似的儀器。使用這種方法，他們能夠在一天內(nèi)3D打印100多個(gè)塑料陀螺設(shè)備。他們解釋說：“使用桌面3D打印機(jī)(Formlabs的Form 2)，我們快速打印了不同”3D-fuges“的輕質(zhì)(20g)原型，這些原型的速度約為10，000 r.p.m。這進(jìn)一步提供了開放的機(jī)會(huì)，使用注塑技術(shù)批量生產(chǎn)數(shù)百萬離心機(jī)。

雖然3D打印設(shè)備的速度不如造紙機(jī)的紙質(zhì)版本，但是3D打印設(shè)備可能會(huì)更耐用和更具彈性。目前，該測(cè)試的研究論文已發(fā)表在自然生物醫(yī)學(xué)工程上。