乔治 怀特萨德:邮票大小的实验室
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0:00 - 0:03今天我想和大家一同探讨的问题是
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0:03 - 0:05具有现实意义的
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0:05 - 0:09即人们如何获得基本的医疗保障
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0:09 - 0:13我们都知道,现在是一个成本至上的社会
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0:13 - 0:15对于此我们应如何取舍?
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0:15 - 0:17首先,我们来讨论这样一种情况
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0:17 - 0:19这个情况是这样的
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0:19 - 0:21如果我们想要治疗某种疾病
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0:21 - 0:25我们必须先弄清楚这是什么样的一种病
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0:25 - 0:27只有通过诊断,我们才能进行相应的治疗。
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0:27 - 0:30同样,诊断也是我们这个项目的核心问题
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0:30 - 0:34这里,称作诊断为先,或零成本诊断。
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0:34 - 0:37在座的各位或许会问
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0:37 - 0:41如何才能提供零成本的医疗信息?
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0:41 - 0:43接下来,我就用两个例子予以说明。
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0:43 - 0:47其实,艰苦的随军医疗
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0:47 - 0:49与第三世界的医疗情况甚是相像
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0:49 - 0:52两者都面临,匮乏的医疗资源、艰苦的生存环境
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0:52 - 0:56及一系列因营养失衡、体重不足,而引起的问题。
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0:56 - 0:59同样,两者在普通医疗保健
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0:59 - 1:02和诊断方面也没有太大的区别。
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1:02 - 1:05其实,今天我们在探讨的这项新技术
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1:05 - 1:08是非常适合第三世界与发展中国家的。
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1:08 - 1:10当然,就我个人而言,我认为它还有更广泛的应用。
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1:10 - 1:15因为准确的疾病诊断信息对疾病的治疗是至关重要的。
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1:15 - 1:17来 我们来看看这两张图片
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1:17 - 1:22第一张图片是位于非洲的一家高级实验室
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1:22 - 1:24第二张则是一位企业家
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1:24 - 1:28他正一个集市里做着一些检验工作。
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1:28 - 1:31或许这并没有传达任何有关医疗的信息。
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1:31 - 1:36但同时这也说明他所作的并不是最有效的。
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1:36 - 1:39我们这一项目的目标是什么?
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1:39 - 1:42其实我们最为关注的问题是
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1:42 - 1:45如何降低使用成本。
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1:45 - 1:48从美国市场的角度来看,
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1:48 - 1:50如果我们想要成功推广某一方案
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1:50 - 1:52我们就必须要试图去降低它的成本。
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1:52 - 1:54因为,无论这一方案是多么有效
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1:54 - 1:56市场也不可能把10万美元的仪器费用,
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1:56 - 1:59降至零。 这是不可能办到的。
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1:59 - 2:02所以,我们采用了另外的方法来出奇制胜。
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2:02 - 2:04有人问
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2:04 - 2:07“世界上什么材料最廉价且适用于制造诊断疾病的仪器,
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2:07 - 2:09同时能提供有用的信息,
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2:09 - 2:12而且能增添功能?“ 对这一问题,我们的答案是纸张。
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2:12 - 2:15现在大家看到的是,用纸做的诊断设备的模型
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2:15 - 2:17它的宽度约为1厘米
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2:17 - 2:19大小与我们的指甲差不多
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2:19 - 2:21纸上的线条来自于
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2:21 - 2:23一种聚合物(可与被测物质相互反应,随后产生一系列的物理、化学变化)
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2:23 - 2:27这是纸质的,而纸是有吸附功能的。
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2:27 - 2:31众所周知,纸啊,布料啊,可以吸收液体。
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2:31 - 2:34例如,我们不小心把酒洒在了桌布上,那么桌布会一片狼藉。
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2:34 - 2:36如果弄到了衬衣上,那么衬衣也被弄脏了。
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2:36 - 2:39这些现象都反应了纸张的亲水特性。
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2:39 - 2:41这也是我们仪器的运作原理。
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2:41 - 2:43我们在试片的底部,滴入一滴液体
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2:43 - 2:45在这个检测中,我们使用的是尿液
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2:45 - 2:49滴入的尿液集中在这个小槽中,
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2:49 - 2:53左边棕色部分显示尿液中葡萄糖的含量
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2:53 - 2:56右边蓝色部分则显示尿液中蛋白质的含量
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2:56 - 2:58随后将两部分的信息相结合,
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2:58 - 3:00我们便获得
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3:00 - 3:03初步所需的检测结果
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3:03 - 3:06这就是一个用简单的纸张制成的分析仪的例子
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3:06 - 3:09现在,我们来看看这类仪器是如何制成的?
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3:09 - 3:11第一个问题,为什么选择纸质?
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3:11 - 3:14图片中手指上
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3:14 - 3:16呈现的也是类似刚才介绍过的分析仪
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3:16 - 3:19选择用纸质的首要原因是“纸,无处不在”
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3:19 - 3:21我们可以用纸做成
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3:21 - 3:24餐巾纸,卫生纸等类似的许多其他纸类物品
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3:24 - 3:26还有用纸来包装,等等。
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3:26 - 3:29所以,产能上基本没有限制。
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3:29 - 3:31其次是
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3:31 - 3:33“小小一片纸能完成许许多多的测试”
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3:33 - 3:35待会,我会给大家讲解一堆纸张如何
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3:35 - 3:37可能被用来进行
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3:37 - 3:4010万个检验。
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3:40 - 3:43最后一个原因,大家往往比较容易忽略
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3:43 - 3:46因为在发达国家
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3:46 - 3:48我们不太使用针刺的方法来获取检验样本
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3:48 - 3:51针刺法就是用针,刺穿皮肤获得检验样本,而残余样本会滞留在针里。
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3:51 - 3:53如果我们抽取了某人的血液样本
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3:53 - 3:56而那个人可能携带丙肝病毒的血液样本
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3:56 - 3:58在检测后,样本是不可以随便遗弃的™
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3:58 - 4:00这时,我们就会考虑,
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4:00 - 4:02怎样才能安全有效的清理这些医疗垃圾?
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4:02 - 4:04最为简单的方法就是焚烧
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4:04 - 4:06所以,纸质的检测仪确实是一种实用的方法
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4:06 - 4:09来采用
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4:09 - 4:12好了 现在
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4:12 - 4:14在座的各位都应该认同
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4:14 - 4:17纸是非常好用的一种材料,对。
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4:17 - 4:19这里的各位
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4:19 - 4:21粗粗看来,一半都是女性
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4:21 - 4:23相信大家,可能都经历过验孕测试。
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4:23 - 4:26大多数的验孕仪,
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4:26 - 4:29就像是左边图片中的那样
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4:29 - 4:31学术上,我们称之为横向流动免疫测定仪。
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4:31 - 4:33在这一检测中
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4:33 - 4:35我们让
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4:35 - 4:38可能含有HCG(绒毛膜促性腺激素,荷尔蒙的一种)的尿液
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4:38 - 4:40渗透一张试纸来进行检测
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4:40 - 4:44试纸上有两条线
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4:44 - 4:47一条是用来显示试纸是否起作用的,另一条是用来检测是否怀孕的。
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4:47 - 4:50这对于新时代而言,这是一项非常赞的发明。
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4:50 - 4:52有关怀孕更重要的是
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4:52 - 4:54你只能是怀孕了或是没有怀孕
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4:54 - 4:56你不可能是不完全的怀孕了,或是正想着而变怀孕了,
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4:56 - 4:58或者是其它一些中间状态。
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4:58 - 5:00对于上述的问题,验孕试纸能给我们很好的回答
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5:00 - 5:03但却无法给予更多的量化的信息
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5:03 - 5:05图片中的这些,同样也是试纸。
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5:05 - 5:07但,这里的尿样检测
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5:07 - 5:09却有了其他的意义
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5:09 - 5:12试纸上有许多的颜色, 在不同的情况下,显示不同的结果
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5:12 - 5:15在这种复杂的情况下,我们如何办到?
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5:15 - 5:20所以我们采用的办法就是,问我们自己
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5:20 - 5:24如何实现纸质检测的构想?
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5:24 - 5:28其实,这个问题只要用简单的工程方法即可解决
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5:28 - 5:32原材料我们只用到了纸张
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5:32 - 5:35然后使用一种叫做“蜡膜打印机”的新型打印机
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5:35 - 5:38这种打印机和普通的打印机,在外表几乎没有区别。
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5:38 - 5:41启动机器,加温蜡盒
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5:41 - 5:44蜡油便会渗透到纸张内
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5:44 - 5:46然后,你想要的测试纸就被打印出来了
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5:46 - 5:50这类打印机,现在的售价大概是每台800美元。
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5:50 - 5:53我估算了一下,如果开足马力,连续工作24小时。
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5:53 - 5:56那么,打印后的蜡纸可供一千万的试验用量
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5:56 - 5:59所以,这个测试纸的构想很好的实现了
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5:59 - 6:01这里我有一个具体的实例
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6:01 - 6:04这是由12张纸组成的,可供8次试验的试纸
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6:04 - 6:06仅用2秒钟制成
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6:06 - 6:08十分的迅速
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6:08 - 6:10这里还有一个非常重要的问题,
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6:10 - 6:13因为我们用的是彩色打印机
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6:13 - 6:16众所周知,彩色打印机可以打印出不同的颜色。
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6:16 - 6:20待会,我再说明这个的具体用处。
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6:20 - 6:23大家可能联想到的第二个问题是,
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6:23 - 6:26怎样分析、测算试验结果?
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6:26 - 6:29解答前,我还要先澄清一个观点
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6:29 - 6:31一直以来,大家想要分析的东西。其实,与我们想要获得的信息是有出入的。
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6:31 - 6:35这类似于“发热确诊原因”的情形
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6:35 - 6:37当病人来到诊所时,他们感到发烧,感到不适
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6:37 - 6:39他们得了什么病呢?
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6:39 - 6:41是肺结核?艾滋?
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6:41 - 6:43还是普通感冒?
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6:43 - 6:45这是个很复杂的问题
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6:45 - 6:47其他的可能性,在此不做深究
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6:47 - 6:50因为实在是有太多的可能性了
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6:50 - 6:52但这些病因
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6:52 - 6:54如艾滋、肝炎、疟疾
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6:54 - 6:56肺结核,等等
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6:56 - 7:00还有包括一些简单的因素,譬如疗程指导。
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7:00 - 7:03还个因素比我们想象的要更复杂。
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7:03 - 7:07我有一位朋友负责跨文化精神病学的研究。
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7:07 - 7:09他对于病人不按时吃药的问题
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7:09 - 7:12十分关注
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7:12 - 7:14特别是,例如氨苯砜(抗麻风病的一种药物)
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7:14 - 7:16及其他需要长期服用的药物
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7:16 - 7:19他告诉我,在印度某个村庄流传着一个非常有意思的故事。
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7:19 - 7:21某日,医生问:“你是否服用氨苯砜?”病人答:“是”
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7:21 - 7:24医生问:“你是每天服用么?”病人答:“是”
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7:24 - 7:26医生问:“你是否服用治疗了一个月?”病人答:“是”
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7:26 - 7:28大家知道么,其实,那个病人真正的意思是
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7:28 - 7:30他在早晨给自家的狗
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7:30 - 7:32喂了30天剂量的氨苯砜
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7:32 - 7:33♫
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7:33 - 7:35病人说了实话。
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7:35 - 7:37因为在不同的文化背景下,
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7:37 - 7:39狗是人类的替代物
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7:39 - 7:42对话中使用的,“今天”,“这个月”,“雨季前”
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7:42 - 7:45也会引发很多的歧义
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7:45 - 7:47这个故事
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7:47 - 7:49主要告诉我们
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7:49 - 7:52对于枯燥、乏味的沟通
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7:52 - 7:55我们更需要明确交流双方的信息详情
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7:55 - 7:59言归正传,我们来看一例典型的测试
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7:59 - 8:01首先,扎破无名指,
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8:01 - 8:03获得50微毫升的血液样本
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8:03 - 8:05这么多的血液就已经足够
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8:05 - 8:09因为,我们无需再使用常规的检测仪器。
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8:09 - 8:11你一般不能很方便的操纵这么少量的样本
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8:11 - 8:13但是,等一下我将具体演示我们是怎样办到的。
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8:13 - 8:16好了,你只要提供一滴血液样本
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8:16 - 8:18然后将血液擦拭在试纸仪器上
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8:18 - 8:22仪器过滤了血液中的细胞,唯独让血清得以通过
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8:22 - 8:24然后,你在试纸层上
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8:24 - 8:26观察到了许多的颜色
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8:26 - 8:30这些不用的颜色,显示了相应的疾病信息
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8:30 - 8:32但是,这些颜色分析起来有些复杂。
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8:32 - 8:36似乎,对你我而言,这些颜色看上去都挺正常的。
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8:36 - 8:38同样,(在仪器推广使用前)我们都没有过多的精力
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8:38 - 8:41进行一定的使用培训
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8:41 - 8:43那么
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8:43 - 8:45我们应如何处理需要定量分析的测试呢?
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8:45 - 8:48我们和其他很多同行
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8:48 - 8:50都想到
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8:50 - 8:52当今有一种已非常的流行,
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8:52 - 8:55而且已变成能几乎解决所有问题的办法,
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8:55 - 8:58那就是手机。在我们的这个例子里,是有拍照功能的手机。
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8:58 - 9:03在印度,每月大概有600万的拍照手机用户。
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9:03 - 9:06所以,这个设想就很容易实现。
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9:06 - 9:08一张纸质分析仪
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9:08 - 9:11你涂抹上血样,等到出现检测的颜色。
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9:11 - 9:14然后,拍照上传到中央实验室。
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9:14 - 9:16你不必麻烦医生
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9:16 - 9:19你只要找个能采取这些信息的人
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9:19 - 9:22然后,在诊所里,一个医生,或一台智能的电脑
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9:22 - 9:24来分析采集到的信息。
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9:24 - 9:26这个办法的效果非常好,
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9:26 - 9:28特别是当彩色打印机已打印出彩色线条,这些有颜色的线条
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9:28 - 9:30能让测试过程一目了然。
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9:30 - 9:33因此,我认为未来的医护人员
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9:33 - 9:35并不一定是科班出生的医生
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9:35 - 9:38只要他年满18周岁,无其他全职工作。
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9:38 - 9:40在背包中有充足的试纸仪器;
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9:40 - 9:43一把柳叶刀,可用于突发的采血需要;
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9:43 - 9:45还有一把AK47
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9:45 - 9:50就能解决所有的工作需要和人生安全的问题。
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9:50 - 9:52这里还有个非常有趣的现象
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9:52 - 9:54那就是
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9:54 - 9:57人们如何通过错综复杂的电话系统
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9:57 - 10:01传递有用的信息并得到回馈?
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10:01 - 10:04图片中的火星漫步者
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10:04 - 10:07已经成功的处理这一系列的问题
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10:07 - 10:11如果你没有足够的带宽来进行测量,
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10:11 - 10:15如何才能精确的分析在火星上的颜色呢?
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10:15 - 10:17这个问题的答案并不难,
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10:17 - 10:19但我不想在这里再说一遍了,
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10:19 - 10:22我想用这个例子说明的是,用来解决这一问题的信息系统,
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10:22 - 10:24早已存在了。
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10:24 - 10:27还有一点,我需要指明的就是
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10:27 - 10:30手机的计算功能
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10:30 - 10:32不比你平时使用的台式机
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10:32 - 10:34差多少。
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10:34 - 10:37因为这是一个神奇的装置,它的巨大潜力才刚刚开启。
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10:37 - 10:41我不确定,“一台电脑,一个孩子“的构想是否可以引起下一场大变革,
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10:41 - 10:44但我手上拿的这个就像是未来的电脑,
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10:44 - 10:49”电脑屏幕“已经在那里了,而且也有众多的使用者
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10:49 - 10:51现在就让我来演示一下这些新仪器
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10:51 - 10:54首先
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10:54 - 10:57大家看到的是另一个厘米大小的分析仪。
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10:57 - 11:01不同的颜色由不同的染料着色而成
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11:01 - 11:03大家或许已经注意到
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11:03 - 11:05一个非常有趣的现象
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11:05 - 11:08似乎黄色的线条,在通过红色和蓝色的线段时,
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11:08 - 11:11有些消失部分消失了
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11:11 - 11:14这是怎么回事?我们是怎么让某种流体通过另一种流体的?
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11:14 - 11:16答案是:“当然,没有”
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11:16 - 11:18我们只是让一种的流体从其他流体的下面或是上面通过而已
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11:18 - 11:20但现在问题是,你如果让一种流体
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11:20 - 11:23流过一张纸的上面或是下面呢?
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11:23 - 11:26具体的答案与细节原因
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11:26 - 11:29并不复杂
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11:29 - 11:31为了让信息更加精确,
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11:31 - 11:33我们使用多张纸
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11:33 - 11:36每张纸都有其自己的流体系统,
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11:36 - 11:38然后,我们将其从纸上分开,
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11:38 - 11:41再用双面胶,将他们粘在一起。
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11:41 - 11:44这里用的双面胶就是我们日常用于地毯粘在地板上的那种。
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11:44 - 11:47这样一来,液体便可以从这层流到那层。
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11:47 - 11:50它们会沿着自己的轨道流动。
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11:50 - 11:52自我分流
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11:52 - 11:55你们在右下角看到的是
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11:55 - 11:57血液简单测试的样本
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11:57 - 12:00血液样本从最高处流入,
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12:00 - 12:03然后,自上而下从16个小孔中自我分流,
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12:03 - 12:06直到试纸的最后一层。
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12:06 - 12:08这个纸张分析仪,看起来有些像芯片,
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12:08 - 12:11大概有2张纸张的厚度
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12:11 - 12:13在这个例子中,我们只对
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12:13 - 12:15检测的可重复性感兴趣。
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12:15 - 12:17当然,这也是,帮助我们解决
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12:17 - 12:19“发热本因”的基本原理。
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12:19 - 12:21因为,这里的每一个点
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12:21 - 12:24可以用来测试
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12:24 - 12:26某一种疾病特定含有的一系列生物标记。
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12:26 - 12:28然后这种检测在适当的时候下就会发生作用。
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12:28 - 12:31图片中,是另一个相对复杂的检测仪。
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12:31 - 12:33这是一粒芯片
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12:33 - 12:35你在它的四个角上,沾上检验样本后,这些液体便会流向中央。
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12:35 - 12:38液体会自动分流,
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12:38 - 12:40通过不同的小井或小孔,然后发生颜色变化。
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12:40 - 12:43在这里, 我们只用到了纸张和地毯胶带。
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12:43 - 12:45因此,它的成本仍然非常的低。
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12:45 - 12:49所以,我们是可以大力推广这一仪器的。
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12:49 - 12:52最后,我还有些信息要与大家分享。
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12:52 - 12:55这样有便于构想得更好实现
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12:55 - 12:58第一是
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12:58 - 13:01我们必须先将血液细胞与血清分离
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13:01 - 13:04通常的做法是
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13:04 - 13:06先用针刺获得血样
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13:06 - 13:09然后,用离心机分离。
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13:09 - 13:13这样的做法总有些繁琐
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13:13 - 13:15但问题是,当我们没有电力,
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13:15 - 13:17没有离心机时,该怎么办呢?
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13:17 - 13:20让我们仔细的想一想
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13:20 - 13:22事实上,大家看,答案就在这里。
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13:22 - 13:24我们可以找个打蛋机,
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13:24 - 13:27这东西到处都有。 然后,我们把里面的刀片去掉,
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13:27 - 13:29然后,你取一只管子,
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13:29 - 13:31把改装过的打蛋鸡贴在上面。然后我们把血输入管子,然后旋转
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13:31 - 13:33谁都可以坐着然后慢慢的搅,
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13:33 - 13:35慢慢的使血清分离。
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13:35 - 13:37最后,我们声称我们研究了打蛋器的物理
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13:37 - 13:40和可自我调正的试管,和其他一些类似的东西,
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13:40 - 13:42我们把这些写成稿子发给了一个杂志社
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13:42 - 13:44我们还很自豪的标榜文章的标题
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13:44 - 13:46“打蛋器式的血清分离仪”
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13:46 - 13:47♫
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13:47 - 13:50我们把文章寄出去后,却收到拒绝发表的通知。
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13:50 - 13:52我打电话给编辑
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13:52 - 13:54问道:“怎么回事?这怎么可能?”
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13:54 - 13:57编辑带着巨大的藐视回答道:
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13:57 - 13:59“我已经读了这篇报道。
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13:59 - 14:01但是我们不会发表的,
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14:01 - 14:03因为我们只会发表科学。”
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14:03 - 14:05这是一个非常重要的问题。
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14:05 - 14:07因为
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14:07 - 14:09作为一个社会
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14:09 - 14:11我们必须得想想什么是最重要的。
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14:11 - 14:13如果我们所做的仅仅是在一些物理期刊上发发文章
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14:13 - 14:16那么社会就会出现很大的问题。
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14:16 - 14:19这里
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14:19 - 14:21还有个关于分光光度计的例子
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14:21 - 14:24分光光度计是用来测量光度吸收率的一种仪器。
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14:24 - 14:27这一仪器使用的前提是,
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14:27 - 14:29你需要有一个以接近1000赫兹闪动的光源
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14:29 - 14:33和另一个用来检测频率在1000赫兹光波的光源。
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14:33 - 14:36然后你即使在白天也可以使用这个仪器
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14:36 - 14:38但是,它的功能和
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14:38 - 14:41造价
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14:41 - 14:43大概是10万美元的设备是几乎等同的
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14:43 - 14:46它的成本仅50美元。我们甚至可以把成本变成只有50分,
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14:46 - 14:48要是我们一心想办到的话。
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14:48 - 14:50可为什么没有人做呢?答案是
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14:50 - 14:54“在这样的资本世界中,我们这样做怎能获利?”
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14:54 - 14:57这的确是有意思的问题。
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14:57 - 14:59最后,我们来回顾一下。
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14:59 - 15:03今天所讨论的是一个工程问题。
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15:03 - 15:09我们也问到了什么是科学的统一思想?
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15:09 - 15:10我们也决定我们应该想
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15:10 - 15:12这不仅仅是成本控制的问题,
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15:12 - 15:14还是简易性的问题。
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15:14 - 15:16简易性是一个简单的词。但是我们得仔细想想
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15:16 - 15:18简易性到底意味着什么。
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15:18 - 15:22我知道简易性,但却不知道它的深层含义。
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15:22 - 15:24我因为太感兴趣了,我集合了
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15:24 - 15:28一些不同的人群一同探讨
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15:28 - 15:31在与我沟通的一群人中
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15:31 - 15:33有位来自麻省理工学院的孩子
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15:33 - 15:35他非常的聪明
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15:35 - 15:37完全可以被视为纯正的天才
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15:37 - 15:41我们用了一天的时间来讨论什么是纯粹、简易。
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15:41 - 15:43我也想告诉大家我的
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15:43 - 15:46有关这一深刻的科学思想的见解。
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15:46 - 15:49♫
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15:49 - 15:52所以就这么说,大家姑且能从我的演讲中得到一些回报吧。
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15:52 - 15:54谢谢 非常感谢
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15:54 - 15:55♫
- Title:
- 乔治 怀特萨德:邮票大小的实验室
- Speaker:
- George Whitesides
- Description:
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传统用于疾病诊断的实验室,造价都非常的昂贵且检测程序也纷繁复杂。在苛刻的环境中,不太适合。乔治·怀特萨德提出了富有创意的构想,那就是以接近零成本来完成疾病的检测。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 15:55