装在音乐盒里的医疗实验室

2011年的一天晚上，Manu Prakash 在转动一个八音盒的曲柄时，他意识到这个简单的机械装置——曲柄转动齿轮——也可以驱动一个可编程的化学套件。大多数“芯片实验室”设备需要计算机、技术人员和昂贵的实验室来将精确的液体量泵送到微流控芯片中。但是，一个手摇曲柄装置可以消除所有这些；Prakash 的想法甚至不需要电源。“我们在这里做的是蒸汽朋克化学，”他说。

普拉卡什是斯坦福大学一个研究实验室的负责人，他招募了研究生乔治·科里尔（George Korir）来帮助创造一个像八音盒一样工作的精密科学装置。首先，两人必须弄清楚用打孔图案的纸——每个图案对应不同的化学反应——如何激活微小的机械泵和阀门，以产生纳升级的液滴。经过二十多个原型之后，他们正准备将这个苹果大小的发明，“打孔卡可编程微流控”，投入大规模生产。虽然传统的微流控泵每个可能要花费 1500 美元，但 Prakash 说，这个包含 15 个泵的装置将只需要 5 美元。

该仪器相对易于使用，它将使任何人仅凭芯片和打孔器就能进行复杂的化学反应，例如从血液样本中诊断疾病。即使是受过轻度培训的医护人员在农村地区和发展中国家，也能识别并因此控制致命的疾病。“我在肯尼亚长大，看到了很多本可避免的痛苦，”科里尔说，“所以我非常热衷于将正确的工具交给那些处于生与死之间的人。”

工作原理

1. 添加样本（如血液）后，用户选择一个用于给定反应的打孔卡，并将其通过带齿的齿轮转动。

2. 当一个齿轮进入打孔孔时，另一个齿轮会挤压流道，将化学物质泵入一个可拆卸的微流控芯片。

3. 打孔孔还可以触发单个液滴的释放，以实现精确的体积控制。

4. 多达 15 种不同的化学物质在沿着芯片上蚀刻的通道移动时会相互反应。

5. 用户通过嵌入式镜头检查结果，这些镜头能将图像放大数百倍。

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发明能让人们的生活更轻松、更安全或更有创造力。探索宏大的问题——你能发明什么让我能在 15 分钟内从纽约市到达伦敦？探索微小的问题——制造纳米级的滚珠轴承需要什么？

本文最初发表于 2015 年 5 月的《大众科学》杂志。要了解更多非凡的创新和发明技巧，请浏览我们的“发明奖”专题的其余部分。

 

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