音乐盒里的医学实验室

2011 年的一个晚上，当马努·普拉卡什转动音乐盒的手柄时，他意识到这个简单的装置——曲柄旋转齿轮——也可以运行一套可编程的化学装置。大多数“芯片实验室”设备都需要计算机、技术人员和昂贵的实验室来将精确量的液体泵入微流体芯片。但手摇装置可以省去所有这些麻烦；普拉卡什的想法甚至不需要电力。“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研究实验室的负责人，他招募了研究生乔治·科里尔，帮助发明一种像音乐盒一样工作的复杂科学设备。首先，两人必须弄清楚如何用打孔图案的纸张（每个孔对应不同的化学反应）来激活微型机械泵和阀门，产生纳升液滴。在制作了 20 多个原型之后，他们正在准备大规模生产苹果大小的发明——穿孔卡可编程微流体。虽然传统的微流体泵每台售价 1,500 美元，但普拉卡什表示，这种包含 15 个泵的设备售价为 5 美元。

该仪器使用起来相对简单，任何人只要有芯片和打孔器，就可以进行复杂的化学反应，例如通过血液样本诊断疾病。即使是农村地区和发展中国家受过简单培训的医务人员也能识别并控制致命疾病。“我在肯尼亚长大，看到了很多可以预防的痛苦，”科里尔说，“所以我热衷于为那些生死攸关的人提供正确的工具。”

工作原理

1. 添加样本（例如血液）后，用户选择一张表示给定反应的打孔卡，然后将其转动通过带齿的齿轮。

2. 当一颗牙齿滑入打孔时，另一颗牙齿会挤压流体通道，将化学物质泵入可拆卸的微流体芯片。

3. 打孔还可以触发单滴液滴的释放，以实现精确的体积控制。

4. 当多达 15 种不同的化学物质沿着芯片上蚀刻的通道移动时，它们会发生反应。

5. 用户通过嵌入式镜头将图像放大数百倍来检查结果。

Bre Pettis 给发明家的建议

发明能让人们的生活更轻松、更安全或更有创意的东西。探索大问题——你能发明什么让我在 15 分钟内从纽约到达伦敦？探索小问题——制造纳米级滚珠轴承需要什么？

本文最初发表于 2015 年 5 月的《大众科学》 。如需了解更多非凡创新和成为发明家的秘诀，请点击我们发明奖专题的其他部分。