スタンフォードのPaperfuge、ボタンと糸のおもちゃを20セントの遠心分離機に変えた

2013年、スタンフォードの生物工学者マヌ・プラカシュはウガンダの遠隔地の診療所を訪れ、トロロで遠心分離機がドアストッパーとして使われているのを目にした。故障した機器はよくあることだった。遠心分離機は血漿を血液から分離するもので、マラリアやHIVの診断の一工程だが、電気を必要とし、数千ドルの費用がかかる。以前の手動式の試み、すなわち2008年にハーバードで作られた卵泡立て器と2011年にライス大学で作られたサラダスピナーは、それぞれ毎分1,200回転と600回転にしか達しなかった。

プラカシュのチームははるかに大きな飛躍を望み、おもちゃに目を向けた。独楽は十分長く回らず、ヨーヨーは技術を要しすぎた。2016年初頭、ポスドクのサード・バムラは、インドでの子供時代の回し玩具であるボタンを糸に通したものを試し、高速度カメラがそれが毎分10,000から15,000回転で回転することを示した。

チームはその後おもちゃをモデル化し、糸の超らせん構造がエネルギーを蓄え、円盤を加速させることを発見した。彼らは糸の長さと円盤の大きさを調整し、Foldscopeで使われている素材である防水性の合成紙にたどり着いた。Nature Biomedical Engineeringに発表されたその成果は、毎分最大125,000回転に達する。

古くからの回し玩具を物理学の問題として扱う。回し玩具をモデル化し、それを実験器具へと最適化する。

回し玩具の動きは一方向に回転し、止まって逆回転する。記事によれば、これが実験室での加速と減速と同じ血漿分離の結果をもたらすという。

糸の超らせん構造が余分なエネルギーを蓄え、それによって円盤がはるかに高い速度に達することができる。

おもちゃの設計空間全体をモデル化したことで、チームはそれを単に模倣するのではなく最適化することができた。

合成紙は防水性で丈夫であり、Foldscopeの作業からすでに手元にあった。

実験室の装置が現場にとって高価すぎたり壊れやすすぎたりする場合、同じ物理学をすでに実現している安価なおもちゃを探し、それを最適化すればよい。

WIREDは2017年1月に、Paperfugeが血液から血漿を90秒で分離すると報じた。これは毎分15,800回転を上限とするStatSpin MP遠心分離機の最大2分と対比される。重さは約2グラムで、材料費は25セント未満である。プラカシュとバムラはその後、マダガスカルで現地の保健従事者とともにそれを試験した。そこであるマラリア検査技師は、遠心分離機を村へ運ぶにはジープと発電機が必要だったため、このような道具を何年も待っていたと語った。