对于医学和生物学研究来说，离心机是基础设备之一。

离心机

比如在检测血液里的疟原虫、HIV病毒还有结核杆菌的时候，用离心分离血浆里的不同物质是第一步，因为去除干扰性的细胞杂质可以提高检测精度和准确性。

就拿引发疟疾的疟原虫来说。疟原虫会感染红血球，而被感染的红血球的密度比健康的红血球要小。因此在经过离心机分离后，被感染的红血球的位置位于健康红细胞和透明血浆之间。检测这层液体里是否有疟原虫，就可以判断一个人有没感染疟疾了。

被感染的红血球的位置

@Manu Prakash

不过，传统的离心机价格昂贵，非常笨重，而且需要插电，因此不适合背来背去，也不适合经济不发达的地区。

许多科学家们曾经考虑过这个问题，他们利用日常生活中的工具，制造了一些低成本的离心机。

下面这种用沙拉脱水器制作的离心机就是一例。不过它的转速只有每分钟600次，远远达不到分离检测物质的要求。

沙拉脱水器离心机

@nature

怎样制造高转速，不插电的离心机？这是斯坦福大学生物工程学教授 Manu Prakash 一直在考虑的问题。

Prakash 是节俭科学（frugal science）概念的提出者和推广者。在此之前，他已经设计和制造了折纸显微镜 foldscope。我们之前介绍过（点我查看）。

纸质显微镜 foldscope

Prakash 一开始想要利用的是悠悠球和陀螺这些常见玩具。不过很遗憾，和沙拉脱水机一样，它们的转速也不够。

后来，Prakash 注意到了另一个玩具——Whirligig。你可能也玩过。

Whirligig

Prakash 介绍，whirligig 是人类历史上最古老的玩具之一，至少有5千年的历史。

世界各地出土的whirligig

@Manu Prakash / TED

从 whirligig 出发，他设计出了纸质离心机 paperfuge。它的基本原理和传统离心机一样，通过高速旋转带来的离心力，使不同密度的物质分层。

Prakash 演示纸质离心机 paperfuge

@wired

Prakash 的离心机制作成本低廉。2017年，Prakash在TED演讲上表示，paperfuge 的制造成本是每个0.179美金，差不多2块钱不到。

纸质离心机的操作也方便，只要把血液放入细管里，粘到纸质离心机上就可以进行离心了。只要转90秒，它就可以把血液分离成红血球、血小板和透明的血浆。

经过纸质离心机处理后的血液样本

@nature

理论上，whirligig 的转速可以达到每分钟百万次。Prakash 的纸质离心机可以达到每分钟12万转，能产生3万g的离心力，拉起来有呼呼的声音，转速妥妥地超过了大多数汽车引擎，也超过了80年代F1赛车的水平。

不过，whirligig，还有纸质离心机是怎么转起来的呢？

这是个好问题，因为直到最近才有人理解它的物理原理。

Prakash 介绍，一般来说绳索扭成的螺旋数量是有限的。超过这个限度后，绳子就会在第三个维度纽结，这就是超螺旋。比如DNA就会形成超螺旋。Whirligig 和纸质离心机就是利用超螺旋产生巨大的转速。

电话线上的螺旋(coil)和超螺旋(supercoil)

知道阿姆斯特朗回旋喷气加速式阿姆斯特朗炮为啥这么厉害了吧，都是因为超螺旋啊！