发明1美元显微镜、20美分离心机后,他又一次拯救了贫穷实验室

作者: 科研圈

来源: 科研圈

发布日期: 2019-09-03

印度裔生物物理学家Manu Prakash发明了多种廉价科学设备,如1美元的折叠显微镜和20美分的纸质离心机,最近他又开发了一种新的扫描显微镜Octopi,比传统显微镜分析速度快120倍,旨在帮助贫困地区的疟疾检测工作。

继发明1美元的折叠显微镜、20美分的纸质离心机、10美元的寄生虫检测贴片后,这位提倡“节俭科学”的印度裔生物物理学家Manu Prakash开始对人工智能下手了。他和同事们最近开发了一种新的扫描显微镜Octopi,比传统显微镜分析速度快120倍。

在世界上疟疾病例最多的国家乌干达,很多医护人员需要承担几乎无止境的疟疾检测工作。这项工作是耗时费力的。首先,技术人员将血样涂在载玻片上,进行染色处理,然后通过显微镜慢慢识别含有疟原虫的细胞,之后用手持记录仪记录一共观察到了多少只寄生虫。这项过程通常需要耗费30分钟到一个小时。在疟疾肆掠的乌干达,一个健康中心一天可能要接待几十个病人,医学检验人员不得不连续十几个小时盯着显微镜,并且一刻都不能分心。

Manu Prakash发现了这个问题。这位出生于印度,在斯坦福大学任教的生物物理学家,以为贫困地区发明廉价科学设备而知名。不过这次他意识到,仅有廉价是不够的,他发明的设备还需要足够的快。

Manu Prakash和他的同事Hongquan Li发明了一款能让使用者自行组装的疟疾快速检测显微镜——“Octopi”。

Octopi包含一个人工智能识别系统,拥有一个被两万多张包含疟原虫图像训练过的神经网络。目前,Octopi可以自动扫描含有疟原虫的血液涂片。结合自动玻片扫描和图像处理,Octopi每分钟可筛查超过150万个感染红细胞,比人工传统显微镜的分析速度快120倍。它的DIY成本在250美元到500美元之间,比许多扫描显微镜和基本的自动玻片分析设备都要便宜。

此外,Octopi拥有优秀的便携性,重量不到3公斤,还可以通过手机充电器充电。

Octopi并不是Prakash发明的第一款显微镜。此前,只要一美元的纸质显微镜“Foldscope”的发明让他得以闻名。Foldscope是通过一系列折纸式折叠单元组成的一张书签大小的手持显微镜。它的镜头是位于纸张中心的塑料小圆片,它能提供140倍的放大倍率。

Prakash还为该套件提供了一个放大倍率更高的替换镜头和一组粘贴式磁铁,可将Foldscope连接到智能手机,以便用手机摄像头轻松记录样品图像。

此外,Prakash还发明了一系列的“黑科技”。比如20美分的“纸片离心机”(Paperfuge)。这种人工离心机仅由纸片、绳子、塑料组成,能在一分半钟的时间内将血液根据成分离心分层,转速能达到每分钟125000转。此外,还有售价10美元、可以检测使用者是否感染寄生虫的皮肤贴片(skin patch)——这是一种电磁贴片,可以非侵入性地检测受感染患者体内的活寄生虫。

在这众多“黑科技”发明的背后是Prakash对能普遍适用的“节俭科学”的拥护。“节俭科学”致力于创造低成本、易于使用的工具,主要解决在发展中国家存在的资源不足问题。Octopi的命名就强调了节俭的重要性。这个名字代表着“开放的、可配置的、高吞吐量的传染病平台”。

像章鱼(octopus)一样,这款显微镜十分万能,可能你会说这个以“pi”结尾的单词是“octopus”的复数形式没拼对,但它是“节俭科学”倡议者Raspberry pi的一种致敬——一种只有信用卡大小且成本只有5美元的单板计算机。

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