Lidem s dýchacími potížemi během chvilky napumpuje do nosu vzduch obohacený až dvojnásobným množstvím kyslíku, navíc zbavený všech virů či bakterií. Nový membránový oxygenerátor z dílny trojice českých vědců může pomoci pacientům s covidem-19. Vynálezu se věnuje aktuální číslo časopisu A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR.
Začátek dubna 2020. Média chrlí děsivé zprávy o řádění nového koronaviru v Itálii. Ze znepokojujících statistik však lze vyčíst i jednu veskrze pozitivní: polovina tamních pacientů s covidem-19 se vyhnula nasazení plicní ventilace, která vyžaduje zavedení asi dvaceticentimetrové trubice do krku. A to jen díky tomu, že je lékaři nejprve napojili na obyčejný přístroj na podporu dýchání. Dobrá zpráva však má jeden háček: ani těchto zařízení není v italských nemocnicích dostatek.
„Když rozumíme plynové separaci, nemohli bychom takový přístroj sestavit?“ vrtalo doma hlavou Janu Žitkovi z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR po vyslechnutí těchto novinek. Druhý den ráno už vědec s kolegy z oddělení polymerních membrán Jakubem Peterem a Zbyňkem Pientkou odemykal v době celostátní karantény takřka liduprázdnou budovu ústavu. A trojice se vrhla do díla…
Jan Žitka, Jakub Peter a Zbyněk Pientka (zleva) z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR u svého vynálezu
Vědci v hobby marketu
„Posledních více než pět let jsme s českou firmou MemBrain spolupracovali na vývoji membránových modulů k odstraňování oxidu uhličitého z bioplynu. Tak jsme si je vypůjčili a snažili se zjistit, zda by je nebylo možné použít i na směsi kyslíku a dusíku. A ono to šlo,“ vypráví nadšeně Jakub Peter. Do večera výzkumníci dali dohromady první alespoň částečně fungující prototyp oxygenerátoru. Mimo jiné i díky návštěvě hobby marketu.
„Ke zkompletování nám chyběly některé základní prvky, které však v té době prakticky nešlo sehnat. Naštěstí má jeden z nás živnostenský list, na základě kterého tehdy pouštěli do velkých prodejen pro kutily. Nasadili jsme si tedy roušky, zařa
dili se do fronty instalatérů a stavařů a v obchodě pak dohledali za chybějící díly náhradu,“ směje se Zbyněk Pientka.
I v těchto téměř polních podmínkách se vědcům podařilo během několika následujících týdnů vyvinout světový unikát. A to hlavně díky zmiňovaným dutovlákenným membránám, které dokážou obohatit vzduch přiváděný k pacientovi z běžných jednadvaceti až na padesát procent kyslíku. Tento plyn totiž jejich speciální vlákna propouštějí až osmkrát rychleji než hlavní složku vzduchu, dusík.
„Molekuly kyslíku jsou menší než dusíkaté, takže přes náš filtr procházejí snáze. Viry nebo bakterie jsou oproti molekulám plynu tisícinásobně větší, a proto se přes něj absolutně nemají šanci dostat,“ vysvětluje Jakub Peter princip separační technologie, kterou se nový oxygenerátor odlišuje od běžných komerčních zařízení na podporu dýchání.
Dvojnásobná porce kyslíku až do nosu
Samotné membrány připomínají tenké duté nitě, které vědci smotali do svazku a vložili do tubusu. Když se tímto modulem prožene natlakovaný vzduch z jakéhokoli kompresoru, z druhé strany vyjde okysličený vzduchový proud. Ten už stačí jen zvlhčit a připojit na takzvané nosní brýle, tedy dvojici trubiček, které pacientovi s dýchacími problémy přivedou kyslíkovou nálož až do nosních dírek.
„Jednou z hlavních výhod našeho přístroje je jednoduchost. Může ho bez obtíží ovládat i laik – zařízení jen připojí do elektrické sítě, zmáčkne tlačítko a čerpá generovaný kyslík, jehož množství a koncentraci lze snadno regulovat,“ líčí Jakub Peter.
Nový membránový oxygenerátor
Oxygenerátor se proto dá využívat nejen v domácích podmínkách, ale třeba také v domovech důchodců a jiných menších zařízeních, která na rozdíl od nemocnic nemají zbudované nákladné rozvody kapalného kyslíku. I tento přístroj přitom v případě potřeby, která může v souvislosti s šířením nového koronaviru snadno nastat, dokáže při použití většího modulu zásobit kyslíkem více osob zároveň. Navíc není ve srovnání s běžnými zařízeními na podporu dýchání náchylný na pachy a nečistoty.
„Dá se připojit i na poměrně znečištěný zdroj stlačeného vzduchu, třeba na kompresor nákladního auta, a k nemocnému se přesto dostane vzduch zcela nezávadný,“ popisuje Zbyněk Pientka. Membránový oxygenerátor by se tak podle něho hodil třeba i k armádnímu využití v terénu.
K pacientům nebo za rybičkami
S přicházejícím podzimem nastoupila i další vlna pandemie nemoci covid-19. Mohou lidé s lehčími příznaky choroby počítat s pomocí vynálezu vědců z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR?
„Technologicky jsme připraveni. Náš prototyp je ale ještě třeba řádně prozkoušet na dobrovolnících, aby mohl projít schvalovacím procesem nutným pro nasazení skutečným pacientům,“ říká Jan Žitka a dodává, že získat potřebné certifikace může trvat zhruba rok.
Aparatura na testování plynově separačních membrán
Vyrábět tento ryze český produkt ve velkém by už pak podle něho neměl být problém. A to i díky kontaktům v byznysu, které vědcům přinesla účast v hackathonu Hack the Crisis pro projekty, jež mohou pomoci v boji s pandemií covidu-19. Jejich oxygenerátor se v něm z více než dvou stovek zúčastněných umístil na čtvrtém místě a tým získal finanční podporu sedm set tisíc korun. O zařízení je zájem i z celkem nečekaných míst. „Oslovila nás jedna kyjovská firma, která se věnuje aquaponii, což je systém spojující chov ryb s pěstováním zeleniny. Chtěli vědět, zda by náš oxygenerátor dokázal navýšit koncentraci oxidu uhličitého v atmosféře, v níž pěstují rostliny. Zvedla by se jim totiž díky tomu produkce,“ vypráví Jan Žitka. „Přístroj to dovede. Možná tedy ještě dřív, než budeme moci pomáhat lidem, zabrousíme k rybičkám a listovému špenátu,“ směje se vědec.
Celý článek s dalšími zajímavostmi najdete v aktuálním čísle časopisu A / Věda a výzkum.
Autorka: Radka Římanová
Foto: Jana Plavec
Zdroj: Akademie věd ČR
- Autor článku: ne
- Zdroj: VědaVýzkum.cz
