Zahlavi

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

14. 09. 2020

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
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

 

Chemické vědy

Vědecká pracoviště

Chemický výzkum navazuje na tradici vytvořenou významnými českými chemiky jako Rudolfem Brdičkou, Jaroslavem Heyrovským, Františkem Šormem či Ottou Wichterlem. V teoretické i experimentální fyzikální chemii je výzkum orientován na vybrané úseky chemické fyziky, elektrochemie a katalýzy. Anorganický výzkum je zaměřen na přípravu a charakterizaci nových sloučenin a materiálů. Výzkum v oblasti organické chemie a biochemie se soustřeďuje zejména na medicínu a biologii s cílem vytvořit nová potenciální léčiva a dále do ekologie. V oblasti makromolekulární chemie jde o přípravu a charakterizaci nových polymerů a polymerních materiálů, které lze využít v technice, v biomedicíně a ve výrobních, zejména separačních, technologiích. Analytická chemie rozvíjí separační analytické techniky, zejména kapilární mikrometod, a dále se zaměřuje na metody spektrální. Chemicko-inženýrský výzkum je orientován na vícefázové systémy, homo- a heterogenní katalýzu, termodynamiku a moderní separační metody. Sekce zahrnuje 6 ústavů s přibližně 1270 zaměstnanci, z nichž je asi 540 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.

Všechny výzkumné sekce