Biologie

20-Cent-Papierzentrifuge kann Malaria in 15 Minuten erkennen

20-Cent-Papierzentrifuge kann Malaria in 15 Minuten erkennen

Forscher der Stanford University haben eine handgesponnene Zentrifuge entwickelt, die hauptsächlich aus Papier besteht. Die Zentrifuge ist extrem leicht und kostet nur 20 Cent. Das einfache Gerät, das von einem alten Kinderspielzeug inspiriert wurde, heißt „Papierfuge“. Diese kostengünstige und stromlose Zentrifuge kann Malaria im Blut in nur 15 Minuten nachweisen.

Wie funktioniert eine Zentrifuge?

Eine Zentrifuge ist ein Gerät, das in Kliniken, Krankenhäusern und Labors auf der ganzen Welt eingesetzt wird. Es trennt Flüssigkeiten wie Blut durch Drehen der Probe in verschiedene Komponenten. Durch den Aufprall des Hochgeschwindigkeitsschleuderns drücken Zentrifugalkräfte dichteres Material nach außen. Die Zentrifuge wird verwendet, um Zellen, subzelluläre Organellen, Proteine, Viren und Nukleinsäuren zu trennen.

Zentrifugen sind in armen Regionen, in denen Tropenkrankheiten häufig sind, von entscheidender Bedeutung. Sie sind jedoch aufgrund ihres hohen Kosten-, Gewichts- und Strombedarfs nicht immer verfügbar. Dies macht es für Point-of-Care-Ärzte schwierig, ihren Patienten zu helfen.

Um dieses Problem zu lösen, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Manu Prakash von der Stanford University eine handgesponnene Papierzentrifuge entwickelt. Die anfänglichen Entwürfe bestanden aus Salatschleudern und manuellen Schneebesen, beide konnten jedoch nicht die erforderlichen Geschwindigkeiten erreichen. Das endgültige Design, veröffentlicht in Naturbiomedizintechnik,basierte auf einem Summerspielzeug (Whirligig), das aus dem Jahr 3.300 v. Chr. stammt. In den kolonialen USA, im indigenen Nordamerika, im mittelalterlichen Europa und im alten China wurden leicht unterschiedliche Geräte eingesetzt.

Ein Kinderspielzeug inspiriert ein revolutionäres Gerät

Die Papierfuge wird betrieben, indem eine Schnur gezogen wird, die durch die Mitte verläuft, und offensichtlich die kreisförmige Scheibe gedreht wird. Es arbeitet nach den Prinzipien des „nichtlinearen Oszillators“. Die zentrale Scheibe dreht sich, wenn eine Kraft auf den Griff ausgeübt wird, wodurch sich die Saiten abwickeln. Wenn die Saite vollständig abgewickelt ist, beginnt sie zurückzuspulen. Dadurch entsteht eine supergewickelte Struktur.

Wie effektiv ist Paperfuge?

Die Paperfuge kann Drehgeschwindigkeiten von 125.000 Umdrehungen pro Minute (U / min) erreichen. Es übt Zentrifugalkräfte aus, die 30.000 g entsprechen. Darüber hinaus wird seine Geschwindigkeit als die schnellste Drehzahl angesehen, die in einem von Menschen angetriebenen Gerät aufgezeichnet wird.

Die Leistungsfähigkeit des Geräts wurde an Blut getestet, das bei der Überprüfung auf Krankheiten in seine verschiedenen Komponenten aufgeteilt werden muss. Die Papierfuge war in der Lage, Blut mit ungefähr 20.000 U / min zu zentrifugieren; eine ähnliche Geschwindigkeit wie bei herkömmlichen Tischzentrifugen. Es war in der Lage, reines Plasma in weniger als 90 Sekunden von Blut zu trennen. Noch wichtiger ist jedoch, dass es gelungen ist, den Malariaparasiten innerhalb von etwa 15 Minuten im Blut zu isolieren.

Die Materialien der Paperfuge können variieren. Die Forscher konnten das Gerät aus Papier, Holz und Fischereidraht konstruieren. Eine andere Version wurde aus Polydimethylsiloxan (einem üblichen organischen Polymer auf Siliziumbasis), Kunststoff und 3D-gedruckten Materialien hergestellt. Dies ermöglicht die Herstellung des Geräts in loser Schüttung.

"Die Einfachheit der Herstellung unseres vorgeschlagenen Geräts ermöglicht die sofortige Massenverteilung einer Lösung, die vor Ort dringend benötigt wird", folgerten die Autoren in ihrer Studie. "Letztendlich dient unsere vorliegende Arbeit als Beispiel für sparsame Wissenschaft: Nutzung der komplexen Physik eines einfachen Spielzeugs für globale Gesundheitsanwendungen."

Die Paperfuge wurde in Madagaskar getestet, wo der Feldtest durchgeführt wurde, um die Benutzerfreundlichkeit des Geräts zu bestimmen. Der Test ergab, dass die Papierfuge von praktisch jedem verwendet werden kann, wodurch das Zentrifugenproblem in ländlichen Gebieten gelöst wurde.

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Geschrieben von Terry Berman

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