Home » » Ilmuwan mengubah mainan menjadi alat yang berharga untuk diagnosis medis

Ilmuwan mengubah mainan menjadi alat yang berharga untuk diagnosis medis

Peralatan laboratorium medis sering menampilkan teknologi tinggi yang terbaik. Perangkat itu dapat melakukan tugas yang rumit, seperti memisahkan darah dari bagian-bagiannya, dengan cepat dan mudah. Tapi mesin ini seringkali sulit (bahkan tidak mungkin) untuk digunakan di negara-negara miskin atau di klinik lapangan terpencil.

Seringkali mahal, mereka cenderung membutuhkan pelatihan untuk digunakan. Dan sebagian besar didukung oleh listrik. Namun periset baru saja meluncurkan perangkat bertenaga manusia sederhana yang berguna untuk diagnosis medis. Ini dapat memisahkan darah ke bagian yang berbeda.

Hal terbaiknya, sangat sederhana sehingga anak pun bisa menjalankannya. Memang, itu berdasarkan mainan yang sudah ada selama ribuan tahun.

Manu Prakash, seorang bioengineer di Stanford University di California. Di sana, ia merancang perangkat medis yang bisa digunakan dengan mudah oleh siapapun di manapun di dunia ini. Beberapa tahun yang lalu, timnya menemukan sebuah mikroskop yang sebagian besar terbuat dari kertas yang harganya kurang dari satu dolar.

Dalam sebuah perjalanan ke negara Afrika Timur di Uganda, beberapa tahun yang lalu, Prakash terkejut melihat sentrifus mahal digunakan sebagai palang pintu. Laboratorium medis menggunakan alat ini untuk memisahkan campuran cairan, seperti darah atau air berlumpur, ke dalam komponennya yang berbeda. Berdasarkan apa yang mereka pelajari dari komponen tersebut, dokter akan menyesuaikan perawatan pasien.

Tapi klinik itu tidak memiliki listrik. Jadi tidak ada yang bisa menggunakan mesin ini.

Bagian kunci dari centrifuge adalah interior yang berputar dengan cepat. Anggap saja itu sebagai versi kecil dari mesin cuci top. Namun, di ruang sentrifugasi, ruangan interior berputar lebih cepat daripada bagian-bagian mesin mobil. Apa pun di dalam sentrifugal yang berputar, mengalami gaya yang menyisirnya dari pusat rotasi.

Ini mirip dengan bagaimana pakaian basah di mesin cuci tersumbat pada dinding dalam drum selama siklus putaran.

Ketika sebuah centrifuge memutar tabung darah untuk memisahkan berbagai bagiannya, botol tersebut dimuatkan dengan dasar yang mengarah ke luar. Rotasi memaksa ke luar bagian terpadat dari darah (trombosit dan sel darah). Bagian yang lebih ringan, seperti cairan atau plasma, tetap di atas.

Dokter atau teknisi laboratorium kemudian dapat memisahkan masing-masing lapisan untuk tes yang membimbing pengobatan. Tanpa sentrifugal, tes semacam itu menjadi sulit, jika bukan tidak mungkin.

Sentrifugal yang telah menjadi atap pintu yang mahal membuat tim Prakash bersemangat untuk menemukan sesuatu yang bisa melayani tujuan yang sama. Perangkat mereka harus berputar sangat cepat. Ini harus murah untuk dibuat dan mudah digunakan. Dan itu harus berjalan tanpa listrik.

Sebelumnya, Prakash mencatat, orang menyarankan untuk menggunakan peralatan dapur sebagai alat pemancar berbiaya rendah, seperti pemecah telur atau alat pencampur genggam. Tapi alat ini tidak bisa diputar cukup cepat untuk memisahkan darah dengan baik. Jadi, dia dan Saad Bhamla, juga di Stanford, mulai melakukan brainstorming tentang apa yang mungkin bisa berputar cukup cepat.

Dan saat itulah Bhamla teringat sebuah mainan: pusaran.

Ini sangat sederhana. Mulailah dengan disk kecil dengan dua lubang di dalamnya, mirip dengan tombol besar. Sebuah lingkaran string dilewatkan melalui lubang. Kemudian pegangan ditempatkan di setiap ujung lingkaran. Saat senar dipilin, ia menyimpan energi. Menarik pada pegangan melepaskan energi itu dan menyebabkan disk berputar dengan cepat. Jika dibuat dan digunakan dengan benar, whirligig akan melepas dan kemudian mundur sendiri. Tambahan menarik pegangan menyebabkan disk membalik dan berputar ke arah lain.

"Ini tidak rumit. Saya tidak bisa memikirkan siapa pun dari segala usia yang tidak bisa belajar bagaimana menggunakannya." Memang, anak-anak Amerika Asli memiliki versi mainan ini pada awal 500 SM. Disket mereka terbuat dari tanah liat, tulang atau batu. Alih-alih string, mereka menggunakan satu lingkaran kulit," kata Bhamla.

Whirligig berbeda dari centrifuge. Ini berputar dalam dua arah, bukan hanya satu. Tapi itu tidak masalah, kata Prakash, karena rotasi di kedua arah menyebabkan komponen padat tersendat dalam arah keluar yang sama.

Prakash dan timnya membuat beberapa whirligigs dan kemudian menggunakan video berkecepatan tinggi untuk membantu mengukur seberapa cepat mereka berputar. Dan itu hal yang baik yang mereka lakukan, kata Bhamla. Whirligig terkecil memiliki disk hanya 5 milimeter (0,2 inci). 

Namun bisa berputar dengan kecepatan hingga 125.000 putaran per menit. (Bagian yang berputar dari mesin mobil biasanya berputar hanya pada 2.000 sampai 3.000 putaran per menit.). "Kami pikir ini adalah kecepatan pemintalan tercepat yang pernah tercatat untuk perangkat bertenaga manusia," kata Prakash. 

Tim tersebut menggambarkan penemuannya secara online pada 10 Januari di Nature Biomedical Engineering. Mereka juga telah mengajukan Guinness World Record.

Bagaimana mereka membuatnya berguna

Sebuah cakram yang berukuran 5 milimeter terlalu kecil untuk menampung tabung darah. Dan versi whirligigs yang lebih besar berputar lebih lambat. Tapi apakah mereka masih berputar cukup cepat untuk memisahkan darah?

Benar!

Peneliti Stanford kemudian merancang disk yang cukup besar untuk menampung tabung uji mini. Ini mengandung 20 mikroliter (0,0007 ounce) darah. Itu berarti kurang dari satu tetes. Tapi saat diputar, pusaran ini memisahkan sel darah merah dari plasma dalam waktu kurang dari 90 detik.

Sentrifugal berbasis pusaran terbuat dari kertas. Jadi, para periset menamainya sebagai "paperfuge," sebuah mashup kertas dan centrifuge. Para insinyur melaporkan, biaya prototipenya kurang dari 20 sen untuk dibuat, namun bekerja sebaik mesin seharga $ 1.000 atau lebih. 

Mereka juga mengembangkan versi plastik murah yang bisa dicetak 3-D dengan mudah. Mereka bisa berputar dengan kecepatan hingga 10.000 putaran per menit.

Explainer: Apa itu pencetakan 3-D?

"Ini adalah ide yang sangat kreatif," kata Victor Ugaz, seorang insinyur kimia di Universitas Texas A & M di College Station. Seperti Prakash, dia dan timnya telah merancang teknik untuk melakukan analisis medis di klinik lapangan dan daerah terpencil lainnya yang kekurangan akses listrik. 

Dia sangat menyukai kesederhanaan paperfuge. "Seseorang dengan sedikit pelatihan bisa menggunakannya. Kesamaannya dengan mainan membuatnya dapat diandalkan. Pengguna dapat langsung melihat cara kerjanya,” katanya, dikutip dari Sciencenews.org.

Paperfuge dapat melayani beberapa fungsi, Prakash dan catatan timnya. Pemisahan darah yang sederhana ke bagian-bagiannya dapat membantu dokter mendiagnosa anemia, misalnya. Pada penyakit itu, pasien biasanya memiliki jumlah sel darah merah yang rendah. Teknik yang sedikit lebih rumit dapat membantu dokter mengidentifikasi parasit dalam darah yang menyebabkan malaria.

Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, hampir setengah dari populasi dunia berisiko terinfeksi penyakit itu, yang ditularkan oleh gigitan nyamuk yang terinfeksi. Pada tahun 2015, lebih dari 210 juta orang terkena penyakit ini. Sekitar 429.000 orang meninggal.

Mengobati banyak orang itu sulit karena ada lebih dari 1 miliar orang di seluruh dunia yang tidak memiliki akses ke jalan atau listrik, kata Prakash. Dengan paperfuge, pemisahan darah untuk mengisolasi parasit malaria hanya memakan waktu 15 menit. Itu tentang waktu yang sama yang dibutuhkan untuk mengisolasi parasit dari darah dengan centrifuge biasa.

Ia sekarang berpendapat. "Saya menyadari bahwa jika kita ingin memecahkan masalah penting seperti diagnosis malaria, kami perlu merancang sentrifugal bertenaga manusia yang harganya kurang dari secangkir kopi,” kata Prakash.(kakikukram.com)

Images:

Sciencenews.org

0 komentar:

Post a Comment