Effectieve medicijnen tegen COVID-19 zijn nog niet gevonden. Tot die tijd moet alles in het werk worden gesteld om patiënten te helpen de ziekte te overleven. Apparaten – vooral de beademingsapparatuur – spelen daarbij een doorslaggevende rol. Bij de behandeling van coronapatiënten is namelijk een beademingsapparaat nodig dat zuurstof kan verrijken; een zogenoemde zuurstofconcentrator. Zwitserse ingenieurs hebben een apparaat ontworpen dat in landen met lage inkomens daar zelf geproduceerd kan worden aan de hand van hun bouwtekeningen.
Bij ernstige gevallen dringt het virus door tot in de onderste luchtwegen. Daar zorgt het ervoor dat het lichaamseigen afweersysteem het aangetaste longweefsel aanvalt. De patiënten komen daardoor in ademnood. “Als de helft van het longoppervlak beschadigd is, is er twee keer zoveel zuurstof nodig in de lucht die we inademen, om ervoor te zorgen dat het lichaam voldoende van zuurstof wordt voorzien”, zegt Wendelin Stark, professor aan het Instituut voor Chemische en Bio-ingenieurswetenschappen en hoofd van het Functional Materials Lab aan de ETH Zürich. Dit betekent dat de lucht uit het beademingsapparaat verrijkt moet worden met zuurstof.
Nieuwe zuurstofconcentrator
De ingenieurs van ETH Zürich willen met een nieuwe zuurstofconcentrator dat probleem een halt toeroepen. Ze volgen daarbij twee verschillende strategieën. Samuel Hess en Elia Schneider van de ETH-spin-off UniSieve ontwikkelden een nieuwe membraantechnologie. Die maakt het mogelijk om moleculen van verschillende grootte van elkaar te scheiden. De poriegrootte van het membraan kan nauwkeurig worden aangepast. Dit maakt de platformtechnologie veelzijdig, legt mede-oprichter Samuel Hess uit. Oorspronkelijk hadden ze een membraan ontwikkeld dat zuurstof scheidt van stikstof. Nu verwerken ze dit membraan in persluchtflessen waardoor zuurstof door middel van perslucht kan worden verrijkt.
Zelf bouwen met behulp van een handleiding
De andere strategie gaat uit van de gedachte dat met name lage-inkomenslanden getroffen zullen worden door een tekort aan beademingsapparaten. Daarom wil Stark een zuurstofconcentrator zo eenvoudig en goedkoop mogelijk ter beschikking stellen. Het idee is daarom bouwinstructies te publiceren in plaats van het zelf bouwen van het apparaat. Samen met zijn team heeft hij al verschillende prototypes gemaakt, die momenteel steeds verder worden verbeterd. De ingenieurs publiceren de bouwtekeningen en instructievideo’s op de website van het project. Met deze instructies kan de zuurstofconcentrator op bijna elke plaats ter wereld worden gebouwd met goedkope materialen die overal verkrijgbaar zijn. De technologie is op die manier niet meer afhankelijk van toeleveringsketens. Dat is vooral belangrijk omdat toelevering in de Covid-19-crisis niet meer vanzelfsprekend is.
Lithium X zeoliet
Net als de commerciële apparaten bevatten ook de prototypes van Stark en zijn team zogenoemde kolommen. Deze zijn gevuld met een materiaal genaamd lithium-X zeoliet. Het heeft zeer kleine porieën en een speciale chemische structuur. Hierdoor kunnen de zuurstofmoleculen in de lucht doorgelaten worden, maar de stikstofmoleculen zitten vast. Het is dus voldoende om lucht in pulsen door de kolom te dwingen om de zuurstof in het gasmengsel te verrijken.
Het probleem is dat lithium X zeoliet duur is en alleen wordt aangeboden door zeer gespecialiseerde bedrijven. Stark en zijn team produceerden daarom zelf het microporeuze materiaal uit een droogmiddel en lithiumbatterijen. Ze berekenden dat drie goede laptopbatterijen genoeg lithium kunnen leveren voor één afdeling. Stark heeft er alle vertrouwen in dat zijn zuurstofconcentrator ook op afgelegen locaties in de Covid-19-crisis gezondheidssystemen kan ondersteunen. Er heerst immers een sterke knutsel- en ambachtscultuur in lage-inkomenslanden.
Ook interessant:
Race om beademingsapparatuur: zelfs de de Formule 1 doet mee
TU Delft bezig met productie beademingsapparatuur
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
