Vynález vědců AV ČR by mohl být přínosem pro pacienty s koronavirem

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 pomoct 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, zařadili 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.

Jakub Peter ukazuje dutovlákenné membrány, které tvoří podstatu oxygenerátoru.

„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 časopise A / Věda a výzkum.

3/2020 (verze k listování)
3/2020 (verze ke stažení)

Připravila: Radka Římanová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR

Přečtěte si také

• Nový vodíkový elektrolyzér ukládá energii z obnovitelných zdrojů
• Chemičkou jsem se chtěla stát už od čtrnácti let, říká Adéla Šimková
• Vědci vyvinuli novou kontrastní látku, která pomůže včas odhalit skryté nemoci
• Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, říká Tomáš Pluskal
• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
• Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii
• Proč se Země a Venuše vyvinuly odlišně? Napoví mise, jíž se účastní i Češi
• Nová zobrazovací metoda pomůže rychleji identifikovat například rakovinné tkáně
• AMULET se zaměří na vývoj multiškálových materiálů, získal téměř půl miliardy