Concentratori di ossigeno a basso costo

Il nuovo virus conquista il mondo. Più persone vengono infettate dalla Sars-CoV-2, più aumentano i casi di malattia grave. In questi casi, il virus penetra nel tratto respiratorio inferiore, inducendo il sistema di difesa dell'organismo ad attaccare il tessuto polmonare infetto. I pazienti soffrono di mancanza di respiro.

"Se metà della superficie polmonare è danneggiata, è necessario il doppio dell'ossigeno nell'aria che respiriamo per fornire al corpo una quantità sufficiente di ossigeno", spiega Wendelin Stark, professore presso l'Istituto di ingegneria chimica e bioingegneria e capo del laboratorio di materiali funzionali dell'ETH di Zurigo. Poiché non esistono ancora farmaci efficaci per la Covid-19, i malati devono sopravvivere alla malattia il più a lungo possibile, finché i sintomi non si attenuano dopo due o tre settimane. "Si può guadagnare tempo con l'ossigeno", dice Stark.

Un altro collo di bottiglia oltre alle maschere

? già evidente la crescente carenza di maschere e ventilatori. Ma Stark teme che la rapida diffusione del virus porterà a un'ulteriore carenza: "Un'analisi rigorosa dimostra che c'è bisogno di un maggior numero di dispositivi in grado di arricchire l'ossigeno. Soprattutto nei Paesi a basso reddito, come il Medio Oriente o l'Africa, dove sono disponibili solo pochi centri di terapia intensiva".

I ricercatori dell'ETH perseguono due strategie diverse. Da un lato, Samuel Hess ed Elia Schneider, che hanno entrambi conseguito il dottorato a Stark, si concentrano su un nuovo tipo di tecnologia a membrana. Questo permette di separare molecole di dimensioni diverse l'una dall'altra. "La dimensione dei pori della nostra membrana può essere regolata con precisione, il che rende la nostra piattaforma tecnologica estremamente versatile", afferma Hess. Unisieve AG, l'apertura dell'ETH con cui Hess e Schneider stanno commercializzando la tecnologia a membrana, ha già una membrana che separa l'ossigeno dall'azoto. Il team di Unisieve sta ora trasformando questa membrana in cartucce che possono arricchire l'ossigeno utilizzando l'aria compressa.

In risposta alla pandemia, Stark e il suo team stanno progettando concentratori di ossigeno il più possibile semplici ed economici. "Ci motiva il fatto che noi ingegneri possiamo contribuire a migliorare la situazione", afferma Stark. "Abbiamo già creato diversi prototipi, che stiamo attualmente ampliando e migliorando", aggiunge Robert Grass, copilota di Stark in questo progetto. "Stiamo pubblicando i nostri piani di costruzione e i video sul sito web del progetto, con l'obiettivo che i concentratori di ossigeno possano essere replicati quasi ovunque nel mondo, utilizzando materiali disponibili ovunque".

Sale per hobby trasformate in laboratori

Come i dispositivi disponibili in commercio, i prototipi di Stark e del suo team contengono colonne riempite di un materiale chiamato zeolite al litio X. Questo materiale ha pori molto piccoli e una struttura chimica speciale che consente il passaggio delle molecole di ossigeno presenti nell'aria, ma intrappola le molecole di azoto. ? quindi sufficiente far passare l'aria attraverso la colonna a impulsi per arricchire l'ossigeno nella miscela di gas.

Il problema è che la X-zeolite di litio è costosa ed è disponibile solo presso aziende altamente specializzate. Stark e il suo team hanno quindi prodotto da soli il materiale microporoso - a casa loro, nella loro stanza degli hobby, trasformata in un laboratorio di ricerca temporaneo - utilizzando un agente essiccante e batterie al litio. Stark e i suoi collaboratori hanno calcolato che tre buone batterie per laptop possono produrre abbastanza litio per un reparto di pazienti.

Soluzioni locali

Chi è in grado di costruire da sé un respiratore non dipende dalle catene di approvvigionamento globali, che in tempi di crisi del coronavirus sono meno affidabili del solito. Stark è quindi favorevole alle soluzioni locali: "Nei Paesi a basso reddito c'è una forte cultura dell'artigianato e dei laboratori, e molte persone abili e intelligenti. Sono fiducioso che con le nostre istruzioni saranno in grado di produrre ossigeno in modo decentralizzato, anche in luoghi remoti".