Forskare vid University of Texas i Austin bygger en ny typ av ventilator gjord av billiga, allmänt tillgängligt material för att hjälpa till att fylla efterfrågan som skapas av spridningen av covid-19 för dessa kritiska enheter som hjälper patienter att andas.

Ventilatorer blir nödvändiga när patienter inte kan andas på egen hand, fysiskt pumpar syre in i deras lungor. De är en bristvara. Det är därför forskarna bygger en "broventilator" som kan replikeras och massproduceras av andra.

"Problemet är att när intensivvårdsavdelningar fylls, det finns inga fler ventilatorer, sa Thomas Milner, en professor vid institutionen för biomedicinsk teknik vid Cockrell School of Engineering, vem som leder projektet. "Och du kan inte ta in nya intensivsängar eftersom du inte har ventilatorerna."

Sjukhus över hela Texas hade uppskattningsvis 3, 730 ventilatorer under 2009 under H1N1-pandemin, enligt forskning publicerad 2017. Det utbudet är tillräckligt för att hantera patientbehov under milda till måttliga pandemiscenarier. Dock, under ett allvarligare scenario, den statliga prognostiserade efterfrågan skulle toppa 10, 000 fläktar, forskningen hittade, långt överstigande 2009 års resurser.

Enheten kallas Austin Bridge Breathing Unit, och den använder en manuell återupplivningsanordning, ett vanligt verktyg som kallas AMBU-påse (artificiell medicinsk andningsenhet). AMBU är en handhållen enhet godkänd av U.S. Food and Drug Administration som inkluderar en påse som fylls med syrgas och en mask som patienterna bär för att få ventilation. Dock, enheten kräver att en person komprimerar påsen ofta för att hjälpa patienter att andas, en utmanande uppgift i en tid då medicinsk personal över hela landet är utträngd på grund av coronaviruset. Teamet behövde ett sätt att automatiskt komprimera påsen för att få syre till patienterna.

En vindrutetorkarmotor dragen från en Toyota Camry driver ett litet länkhjul som trycker ner på påsen för att kontrollera syreflödet. Fyra potentiometrar styr andningsfrekvensen, volymen syre som ges till patienter, tiden för att andas in och det maximala trycket.

"Väsentligen, vi ersätter den mänskliga handen som normalt skulle trycka mot påsen för att injicera syre i patientens lungor, sa Milner.

Milner sa att en kollega kom på idén att använda en vindrutetorkarmotor under en brainstorming. Dessa motorer finns tillgängliga, pålitlig och billig. De går igenom omfattande tester som en del av biltillverkningsprocessen. Det tog en liten stund för teamet att ta reda på motorn, men de arbetade med en lokal mekaniker för att lära sig detaljerna.

Teamet testar enheten på en provdocka från UT:s Dell Medical School och testar lungor från UT Health San Antonio.

När teamet vet sin prototyp, planen är att ge en öppen licens till designen så att vem som helst kan göra sin egen lågkostnad, pålitlig fläkt. Forskarna och ett team från Dell Medical School diskuterar med många tillverkningspartners, med målet att snabbt producera minst 2, 000 fläktar. Austins Unorthodox Ventures har förbundit sig att producera fem prototypenheter för teamet att stresstesta.

Eftersom komponenterna i enheten regleras individuellt, Milner hoppas på godkännande inom några veckor snarare än månader. Nyligen, FDA utfärdade ett protokoll för nödtillstånd för att påskynda produktionen av ventilatorer och andra andningsanordningar.

"Verkligen, allt vi gör är att göra vad vi skulle hävda är en enkel modifiering av hur du trycker på väskan, sa Milner.

Hans team från UT inkluderar Arnold Estrada, Scott Jenny, Nitesh Katta, Aydin Zahedivash, Tim Phillips och Austin McElroy. Många läkare bidrar också till projektet, inklusive Dr. Paul Harford från Dell Medical School, och Drs. Stephen Derdak och Marc Feldman och andningsterapeut Richard Wettstein, allt från UT Health San Antonio. Gruppen är en del av ett Bridge Ventilator Consortium, ledd av Dr Brian Wong, biträdande ordförande för avdelningen för otolaryngologi vid School of Medicine vid University of California, Irvine, som syftar till att producera alternativa ventilatorer mitt i en rikstäckande brist.

Milner noterade de imponerande insatserna från universitet över hela landet, inklusive University of Texas i Austin, att snabbt gå över till COVID-19-projekt efter att den mesta forskningen stängdes av pandemin. Ett annat färskt exempel på den ansträngningen kom från University of Minnesota förra veckan, när en hjärtanestesiläkare gick "full-on MacGyver, " att bygga en ventilatorprototyp av reservdelar till ett värde av 150 USD som hittats i ett medicinskt laboratorium.