助听器|发明1块钱纸片离心机的科学家又出手了，这次是1美元助听器
还记得三年前登上《自然》子刊的纸片离心机吗？这个成本只有一块钱、由纸片、绳子和塑料做成的“玩具”能在一分半的时间内将血液根据成分离心分层 ， 对条件简陋的偏远地区有着非凡的意义 ， 并且成功地将“节俭科学”又一次带入了公众的视野 。
让人惊喜的是 ， 这个纸片离心机的主要发明人之一、论文一作 Saad Bhamla 并没有停下他造福低收入人群的脚步——在本周发表于 PLOS ONE 的论文中 ， 他带领自己的团队推出了“节俭科学”的最新作：1 美元助听器 。
Saad Bhamla 。 图片来源：CRAIG BROMLEY | SCIENCE
撰文魏潇
成本 1 美元
美国佐治亚理工学院化学与分子生物工程学院的助理教授 Saad Bhamla 出生在印度孟买 ， 15 年前他还是个本科生时 ， 想帮年老耳背的外祖父母买一副助听器 ， 却无奈地发现虽然自己买得起笔记本电脑和手机 ， 但是根本负担不起这个小小设备的昂贵价格 。
目前全球约有 2.3 亿 65 岁及以上的老年人存在衰老导致的听力障碍 ， 比如难以区分电子蜂鸣声或者“嘶”“滋”这类的高频语音 。 这不仅会造成交流障碍 ， 还会加速老年人的认知能力下降 。 但是根据使用者的具体听力定制的、能够放大特定频率声音的助听器十分昂贵 ， 每副将近 5000 美元（约合人民币 3.4 万元） ， 对于中低收入国家的人群来说几乎属于奢侈品 。 现在市场上也有相对便宜的助听器 ， 它不能根据个人情况定制 ， 但也需要花费大约 500 美元 。
这给了 Bhamla 开发廉价设备的想法和动力 ， 他和同事们抛弃了现代助听器使用的数字信号处理器 ， 选择使用现成的低成本零件组装成了一副简易助听设备 。 首先 ， 他们将微型麦克风焊接到一个小电路板上 ， 用来捕获周围的声音 。 然后将滤波器和放大器组装进来——这个核心部件可以将频率大于 1000Hz 的声音音量放大 ， 帮助佩戴者听清高频音 。 最后 ， 用 3D 打印给它做了个外壳 ， 装上音量控制按钮、电源开关以及耳机插孔和电池座 ， 这个名为 LoCHAid 的助听器就完成了 。
它看上去有点像二十多年前的随身听 ， 可以被挂在脖子上或者放在衣服胸前的口袋里 。 最重要的是 ， 只要能看懂 LoCHAid 的组装图 ， 就算不是科学家也能用一把烙铁将这些零件在 30 分钟内装起来——Bhamla 说 ， 按照上述组件的批发价来算 ， LoCHAid 的制作成本只有 98 美分 。
1 美元助听器的部件和佩戴效果图 。 图片来源：论文
在测试中 ， 研究团队发现LoCHAid 可以有针对性地将高频声音提高 15 分贝 ， 同时保证低频声音的质量不被破坏 ， 它还能过滤掉狗叫、汽车喇叭声等突发性干扰 。 在人工耳上进行的测试也表明 ， LoCHAid 能够通过改善对话质量 ， 提高个体的语音识别能力 。 研究者们在论文中表示 ， 它符合世卫组织对于助听产品提出的 6 条建议中的 5 条 。
来自美国约翰斯·霍普金斯大学的耳鼻喉医生 Frank Lin 在接受《科学》新闻（Science News） 采访时表示 ， 这项发明“非常具有说服力” 。 他还指出 ， 如果这一设备能够推广 ， 那么它可能使很多处于认知能力下降边缘的人受益 ， “理论上来说 ， 听力损伤得到改善后 ， 老年人患痴呆的风险也会跟着降低 。 ”
“节俭科学”传道者
对于 Bhamla 来说 ， LoCHAid 的诞生又一次证明了他“节俭科学”传道者的身份 。 2017 年他因为纸片离心机而获得世人关注的时候 ， 还是一名斯坦福大学的博士后 ， 整个发明的主意是由他的合作导师兼印度同胞、斯坦福大学生物工程学教授 Manu Prakash 提出的 。 Prakash 是一位推崇“节俭科学”并且脑洞巨大的发明者 ， 除了纸片离心机 ， 他还带领团队做出了可以和 iPhone 配套使用的折纸式手持显微镜、可以检测使用者是否感染寄生虫的皮肤贴片、可拆卸组装并且自带 AI 识别系统的便携式扫描显微镜……——全都是低成本用品 。
或许是受到了 Prakash 的影响和鼓舞 ， Bhamla 在斯坦福大学完成博士后研究、成为佐治亚理工学院的助理教授后 ， 没有放弃对开发廉价科学设备的追求 。 其实在今年年初 ， 他就发表过另一个可以媲美三年前纸质离心机的低成本“新作”：造价 23 美分的细胞电穿孔仪 。
对于从事分子细胞生物学研究的人来说 ， 电穿孔仪可能是他们最熟悉的实验设备之一 。 它可以向细胞施加电击 ， 暂时击穿细胞膜或细胞壁 ， 从而使化合物、DNA 或 RNA 等小分子进入细胞内部 ， 帮助研究者完成转染实验 。 显而易见 ， 这种精细的设备不便宜 ， 单价通常是数千乃至上万美元 。 Bhamla 和同事们为了找到电穿孔仪的核心替代部件 ， 把打火机里的压电晶体卸了下来当做细胞的电击源 ， 创造出了一种能够产生超过 2000V 短脉冲的简易电穿孔仪 ， 并且利用它给大肠杆菌成功转染了一段绿色荧光蛋白基因 。 虽然用来做复杂精细的分子生物学实验还是有些勉强 ， 但是他们认为这可以帮助中学生和偏远地区的人们进行分子生物学、甚至是基因编辑研究 。
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