دانشمندان در دانشگاه استنفورد با استفاده از چاپ سه بعدی وسیله‌ای ساختند که به حفظ جان انسان کمک می کند. آن‌ها برای ساخت این وسیله ازفرفره، که یک اسباب بازی چرخان است و قدمت آن به عصر برنز بازمی‌گردد، الهام گرفتند. این وسیله به کارکنان بهداشتی-درمانی در مناطقی که تجهیزات دقیق آزمایشگاهی ندارند، برای تشخیص مالاریا کمک می‌کند.

مالاریا یک بیماری عفونی است که توسط پشه منتقل می‌شود. این بیماری موجب تب، استفراغ، خستگی، و در مواقع حاد، مرگ می‌شود. در صورت دسترسی به تجهیزات پزشکی مناسب، تشخیص مالاریا آسان است. اما باید توجه داشت که این تجهیزات همیشه در دسترس نیستند. برای کارکنان پزشکی که در مناطق دور افتاده کار می‌کنند، یک ترفند برای تشخیص مالاریا وجود دارد: استفاده از سانتریفیوژ. با چرخش سریع یک نمونه‌ی خون می‌توان انواع مختلف سلول‌های خونی را از هم جدا کرد و به صورت آسان‌تری انگل‌ها را کشف نمود. اما سوال مهم این است که چگونه می‌توان یک سانتریفیوژ داشت؟ Manu Prakash استاد مهندسی زیستی در دانشگاه استنفورد، ضمن سفرش به اوگاندا با این سوال رو به رو شد. زیرا کارکنان پزشکی به سانتریفیوژی نیاز داشتند که برای  کار کردن نیازی به برق نداشته باشد. Prakash بیان کرد «ما در یک مرکز بهداشتی متوجه شدیم که از سانتریفیوژ به عنوان وسیله‌ای برای باز نگه داشتن در استفاده می‌شد زیرا آن جا برقی وجود نداشت.»

Prakash که بنیان گذار ارشد این مطالعه است، گفت «بیش از یک میلیارد نفر در سراسر جهان هستند که هیچ کدام از زیرساخت‌ها، جاده، و برق را ندارند.» او اضافه کرد «من متوجه شدم که اگر ما بخواهیم مشکل بحرانی تشخیص مالاریا را حل کنیم، نیاز به طراحی سانتریفیوژی داریم که با نیروی انسانی کار کند و هزینه‌ی آن کمتر از یک فنجان قهوه باشد»

وقتی Prakash به کالیفرنیا بازگشت، مطالعات خود برای ساخت یک سانتریفیوژ که حتی بدون انرژی برق کار کند را آغاز کرد. او در تحقیقاتش از اسباب بازی کودکان الهام گرفت. در ابتدا Prakash و تیم تحقیقات سعی کردند ازویژگی سانتریفیوژی یویو استفاده کنند و در نهایت توانستند سرعت‌های بالایی را به تبت برسانند. اما این سرعت‌ها به اندازه‌ی کافی نبود و محققان  به سرعت‌های بالاتری نیاز داشتند.

بنابراین Prakash و تیم تحقیقات از استفاده از یویو صرف نظر نموده و مطالعات را بر روی یک اسباب بازی دیگر از دوران گذشته آغاز کردند: فرفره، یک اسباب بازی از دوران باستان که شامل چرخی است که در مرکز یک سیم قرار دارد و با دست یا نیروی باد می‌چرخد. Saad Bhamla یک محقق دوره‌ی پسا دکتری گفت «یک شب من با یک دکمه و یک تکه نخ بازی می‌کردم و از روی کنجکاوی از یک دوربین با سرعت بالا برای اندازه گیری سرعت چرخش دکمه استفاده کردم.» سرعت چرخش آن وسیله در حدود ۱۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰ دور در دقیقه بود.

وقتی تیم تحقیقات متوجه شدند که فرفره نسبت به یویو قابلیت چرخش بسیار بالاتری دارد، طراحی یک فرفره‌ی پربازده را آغاز کردند و توانستند با استفاده از آن به سرعت بی‌نظیر ۱۲۵۰۰۰ دور در دقیقه برسند. محققان  نخستین نسخه‌ی فرفره سریع، که با استفاده از کاغذ ساخته شده بود، را paperfuge نامیدند. برای ساختن یک paperfuge، کاغذی  پوشش داده شده با لایه‌ای پلیمری، یک رشته نخ، و یک لوله ی PVC یا چوب لازم است. برای استفاده از آن، نمونه‌ی خونی به مرکز دیسک وصل می‌شود. سپس کاربر نخ را می‌کشد تا چرخش‌های بسیار سریع آغاز شود. این چرخش‌های پرسرعت دقیقا مشابه  کاری که سانتریفیوژهای گران الکتریکی انجام می‌دهند، سلول‌های خونی را از هم جدا می‌کند.

این محققان با سفرهای مکرر به ماداگاسکار کارایی paperfuge را برای نمونه‌های واقعی بررسی کردند. خوشبختانه تمامی آزمایشات موفقیت آمیز بود و کارکنان پزشکی محلی توانستند با استفاده از این دستگاه نمونه‌های خون را برای تشخیص انگلی آزمایش کنند. هزینه‌ی ساخت این دستگاه تنها ۲۰ سنت است و هر کاربر پزشکی در صورت دسترسی به وسایل مورد نیاز می‌تواند آن را بسازد.

علاوه بر ساختن یک نسخه‌ی کاغذی از این دستگاه، محققان سعی کردند تا با استفاده از یک چاپگر سه بعدی SLA یک نسخه‌ی مشابه آن را تولید کنند. با این روش آن‌ها قادر به تولید روزانه ۱۰۰ نمونه فرفره‌ی پلاستیکی شدند. محققان می‌گویند «با استفاده از یک چاپگر سه بعدی رومیزی (Form 2, Formlabs) ما به سرعت نمونه‌های اولیه‎ی سبک وزن (۲۰ گرمی) را تولید کردیم که تقریبا با سرعت ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه می چرخد. با این کار فرصت تولید انبوه میلیون‌ها نسخه سانتریفیوژ با استفاده از روش injection-moulding ایجاد می‌شود.» هرچند این نسخه‌های سه بعدی چاپ شده به سرعت نمونه‌های کاغذی نیستند، اما از آن‎‌ها بادوام‌تر و انعطاف پذیرترند.

یک مقاله‌ی پژوهشی که کلیه‌ی مراحل ساخت و آزمایش paperfuge را توضیح می‌دهد، در مجله‌ی مهندسی پزشکی Nature به چاپ رسیده است.

منبع: ۳ders