스탠퍼드의 페이퍼퓨지, 단추와 실로 만든 장난감을 20센트짜리 원심분리기로 바꾸다

2013년 스탠퍼드의 생물공학자 마누 프라카시는 우간다의 오지 진료소를 방문했고, 토로로에서 원심분리기가 문을 고정하는 받침으로 쓰이는 것을 보았다. 고장 난 장비는 흔한 일이었다. 원심분리기는 혈장을 혈액에서 분리하는데, 이는 말라리아와 HIV 진단의 한 단계이지만 전기가 필요하고 수천 달러가 든다. 이전의 수동식 시도들, 즉 2008년 하버드의 달걀 거품기와 2011년 라이스의 샐러드 스피너는 각각 분당 1,200회전과 600회전에 그쳤다.

프라카시의 팀은 훨씬 더 큰 도약을 원했고 장난감으로 눈을 돌렸다. 팽이는 충분히 오래 돌지 않았고, 요요는 너무 많은 기술을 요했다. 2016년 초 박사후연구원 사드 바믈라는 인도에서 어린 시절 갖고 놀던 실에 꿴 단추, 즉 휠리기그를 만들었고, 고속 카메라로 그것이 분당 10,000~15,000회전으로 도는 것을 확인했다.

그런 다음 팀은 그 장난감을 모델링했고, 실의 초나선(supercoiling)이 에너지를 저장하고 원판을 가속한다는 것을 발견했다. 그들은 실 길이와 원판 크기를 조정했고, 폴드스코프에 쓰인 소재인 방수 합성 종이를 선택했다. 《네이처 바이오메디컬 엔지니어링》에 발표된 그 결과물은 최대 분당 125,000회전에 도달한다.

고대의 회전 장난감을 물리학 문제로 다루어라: 휠리기그를 모델링한 뒤 실험실 기기로 최적화하라.

휠리기그 운동은 한 방향으로 돌다가 멈추고 반대로 도는데, 기사에 따르면 이것은 실험실의 가속·감속 회전과 같은 혈장 분리 결과를 낸다.

실의 초나선은 추가 에너지를 저장하여 원판이 훨씬 더 높은 속도에 도달하게 한다.

장난감의 전체 설계 공간을 모델링함으로써 팀은 그것을 단순히 모방하는 것이 아니라 최적화할 수 있었다.

합성 종이는 방수성이고 튼튼했으며, 폴드스코프 작업에서 이미 손에 있던 것이었다.

실험실 기기가 현장에서 너무 비싸거나 약하다면, 이미 같은 물리학을 구현하는 값싼 장난감을 찾아 그것을 최적화하라.

《와이어드》는 2017년 1월에 페이퍼퓨지가 90초 만에 혈장을 혈액에서 분리한다고 보도했는데, 이는 최대 분당 15,800회전인 스탯스핀 MP 원심분리기의 최대 2분과 대비된다. 무게는 약 2그램이고 재료비는 25센트 미만이다. 프라카시와 바믈라는 그런 다음 마다가스카르에서 현지 보건 요원들과 함께 그것을 시험했다. 그곳의 한 말라리아 기술자는 마을로 원심분리기를 옮기려면 지프와 발전기가 필요했기 때문에 이런 도구를 수년간 기다렸다고 말했다.