隨著世界各地的衛(wèi)生工作者為感染了 SARS-CoV-2 及其多種變體的人提供護理，醫(yī)用氧氣的短缺繼續(xù)對已經(jīng)捉襟見肘的醫(yī)院造成嚴重影響。雖然便攜式制氧機為許多呼吸窘迫的人提供了一些緩解，但這些機器有時無法產(chǎn)生足夠的醫(yī)用氧氣來滿足癥狀惡化患者的波動需求，需要他們重新住院。
德克薩斯 A&M 大學的研究人員預計，隨著與大流血的激烈斗爭，對更好的氧氣濃縮器的需求會增加，他們已經(jīng)建立了一個計算框架，以設計最優(yōu)化的濃縮器來過濾環(huán)境空氣并生產(chǎn)可以根據(jù)患者需求調(diào)整的氧氣。
“大流行給我們的醫(yī)療和急救設施造成了巨大壓力，需要就醫(yī)的人數(shù)激增，醫(yī)院的通風設備數(shù)量有限，”副教授 Faruque Hasan 博士和 Kim McDivitt '88 說和 Phillip McDivitt '87 授予的 Artie McFerrin 化學工程系教員�！暗牵绻覀冊O計出一種更先進、更緊湊、更便攜的制氧機，該制氧機具有靈活的操作條件，可以根據(jù)患者的需要輸送盡可能多的氧氣，我們就可以避免一些住院病例。”
研究人員指出，基于他們設計的制氧機還可以幫助那些患有其他呼吸系統(tǒng)疾病的人，如慢性阻塞性肺病、和哮喘。
這項研究的描述在線發(fā)表在《自然科學報告》雜志上。
與為患者持續(xù)供應純氧的氧氣罐不同，便攜式制氧機從環(huán)境空氣中去除氮氣。氮氣的剝離是由于一種稱為吸附的過程，其中某些種類的空氣分子被困在固體表面上。在吸附劑的眾多選擇中，稱為沸石的天然或合成材料就像篩子一樣，在保持氮氣的同時允許氧氣通過。
但是，盡管它們具有整體優(yōu)勢，但制氧機通常設計為具有固定的規(guī)格，從而限制了它們在滿足患者醫(yī)療狀況或活動變化引起的氧氣需求方面的使用。例如，患者的氧氣需求在流速和純度方面可能會有所不同，并且當前的氧氣濃縮器不能用于同一醫(yī)院環(huán)境中需要非常不同的通氣的多個不同患者。
“在理想情況下，我們需要一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在滿足不同產(chǎn)品規(guī)格的同時，在不同操作模式之間快速切換以實現(xiàn)按需制氧，”Hasan 實驗室前研究生、該研究的主要作者 Akhil Arora 博士說。
為了改進當前醫(yī)用氧氣濃縮器的設計，Arora 首先選擇了三種類型的沸石——LiX、LiLSX 和 5A——進行分析。接下來，他進行了基于物理的模擬，模擬沸石的不同特性以及氧氣濃縮器的特性，包括吸附室的大小和吸附過程中的不同階段。
然后，使用 Texas A&M 的高性能計算集群，他同時改變了模擬的所有這些輸入，以達到最佳操作范圍，從而產(chǎn)生緊湊、易于運輸和高性能的醫(yī)用氧氣濃縮器。特別是，他發(fā)現(xiàn) LiLSX 的性能優(yōu)于 LiX 和 5A 沸石，以高速率生產(chǎn) 90% 的純氧。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)基于 LiLSX 的系統(tǒng)可用于產(chǎn)生不同水平的氧氣純度和流速。
專家表示，他們的研究也是創(chuàng)建家用便攜式網(wǎng)絡物理系統(tǒng)的第一步，該系統(tǒng)可以根據(jù)患者的需要改變氧氣供應。因此，如果患者在癥狀惡化時需要更多氧氣，內(nèi)置算法可以分析來自氧氣傳感器的數(shù)據(jù)以預測是否需要更多通氣，并將該信息傳遞給場外醫(yī)生，然后他們可以使用他們的判斷遠程更改設置醫(yī)用制氧機。
哈桑說：“目前，需要醫(yī)療專業(yè)人員根據(jù)患者的情況進行吸氧，因此無法在家進行監(jiān)測�！� “我們希望設計一種更具成本效益、靈活、可控的醫(yī)用制氧機，可以在家中提供個性化的氧氣供應�！�
