根據2019年 Global Burden of Disease (GBD) 統計數據，心血管疾病 (CVD) 每年造成全球近1860萬人死亡，為十大死因之一。此外，死亡數的75%以上集中於低度和中等發展國家，這種現象可歸因於該區域醫療資源匱乏，使得人民獲取醫療保健服務不足。心血管疾病的風險因素包括糖尿病、高血壓、高血容比和血液黏滯性的增加等，在嚴重情況下，可能導致動脈粥樣硬化和栓塞。近期有研究聚焦在血液中的一項參數—血容比 (HCT)，經由驗證證實其與心血管疾病具備關聯性。

血容比被定義為血液中紅血球所占的體積百分比，通常，健康的血容比為男性45％-52％，女性37％-48％。血容比測試的黃金標準是血液分析儀和離心法，血球分析儀係基於庫爾特原理 (Coulter principle)，藉由血細胞計數器測量血容比和其他血液學信息。離心法則是利用高速旋轉 (12,000-15,000 rpm) 的微型血液離心機，使血液細胞沉澱並迅速分離，並從離心結果中獲得血容比值。然而，這些方法需要體積龐大的檢測系統、受過訓練的技術人員和穩定的電力供應來完成測試，不易於醫療資源有限的地區進行。

為了解決上述問題，我們團隊受音樂盒啟發，研發出一可獲得個人化血容比資訊之攜帶式半自動離心裝置。此裝置主要驅動力為定扭矩彈簧，當彈簧從拉伸中釋放時，彈簧的恢復力會驅動整個系統旋轉，以實現無論年紀或體能差異之不同使用者，均可使裝置輸出相同離心力，紅血球便可通過彈簧產生的離心力沉澱至塑膠細管一側。

本研究提出無需電力之半自動離心裝置應用於血容比檢測。(A)樣本注入與操作過程。(B)可視化的測量結果。(C)在初始與負載狀態下恆定扭矩彈簧和齒輪之間的相對運動。

為了進一步提升血漿和血球的分離效率，我們同時利用Boycott effect，使得血球細胞能於傾斜塑膠細管中加速沉降。此半自動即時檢測裝置可以透過肉眼觀察旋轉平台上校準的刻度，無需其他儀器即可精確地量測受測者10％-60％的血容比，並完成血液血球離心。由於其低樣本量需求以及簡單的操作方式，此簡易操作系統可用於受測者於家中定期測量血容比的變化，並可應用於資源有限或受戰爭影響的地區完成受測者即時血溶比檢測和血液離心。

本研究感謝國科會以及臺灣大學高教深耕計劃之經費支持。

陳建甫 臺灣大學應用力學研究所
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ACS Sensors期刊全文
“Music Box-Inspired Semi-Automatic Hematocrit Validation Device”, ACS Sensors, 2023, 8, 8, 2952–2959.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.3c00129