สมาชิกของการ ทดลอง DarkSideที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Gran Sasso ในอิตาลีได้ระงับการล่าสสารมืดชั่วคราวเพื่อพยายามยับยั้งกระแสน้ำที่ร้ายแรงของ COVID-19 นักฟิสิกส์กลุ่ม 26 กลุ่มที่แข็งแกร่งจากยุโรปและอเมริกาเหนือ ได้ออกแบบเครื่องช่วยหายใจแบบกลไกแบบใหม่ที่ถอดออก ซึ่งหวังว่าจะสามารถผลิตได้ในจำนวนมากอย่างรวดเร็วและราคาถูกโดยใช้ส่วนประกอบที่หาซื้อได้ทั่วไป
ประสานงานกับผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์
และเรียกร้องความเชี่ยวชาญของเพื่อนนักฟิสิกส์ นักวิจัยตั้งเป้าที่จะผลิตอุปกรณ์ต้นแบบในวันนี้หรือพรุ่งนี้ (27-28 มีนาคม) จากนั้นจึงพยายามอย่างเต็มที่เพื่อนำอุปกรณ์ส่งโรงพยาบาลโดยเร็วที่สุด ผู้ป่วยที่ป่วยหนักที่สุดจำนวนมากที่ติดเชื้อโควิด-19 เป็นโรคปอดบวมและต้องการความช่วยเหลือในการหายใจ ทำได้โดยใช้เครื่องช่วยหายใจแบบกลไกซึ่งปั๊มออกซิเจนเข้าไปในปอดแล้วเอาคาร์บอนไดออกไซด์ที่หายใจออก นี่เป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมความดันและ/หรือปริมาตรของออกซิเจนที่ให้มา สามารถทำได้ทั้งโดยอัตโนมัติในผู้ป่วยที่สงบ หรือเพื่อสนับสนุนการหายใจตามธรรมชาติของผู้ป่วย
การออกแบบเครื่องช่วยหายใจแบบใหม่นี้นำโดยCristiano Galbiatiนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในสหรัฐอเมริกา และห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Gran Sasso ซึ่งดำเนินการโดยสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติของอิตาลี (INFN) Galbiati กล่าวว่าเขาเริ่มทำงานเกี่ยวกับการออกแบบในขณะนี้หลังจากพูดคุยกับเพื่อนเมื่อวันที่ 19 มีนาคมซึ่งครอบครัวของเขาได้บริจาคเงินจำนวนมากให้กับโรงพยาบาลผู้ป่วยหนักซึ่งกำลังรวมตัวกันอย่างรวดเร็วในสถานที่จัดงาน Milan’s Expo ในปี 2015 เพื่อรักษาบางคน ของผู้ป่วย coronavirus ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของอิตาลี เพื่อนบอกเขาว่ายกเลิกการส่งเครื่องช่วยหายใจที่คาดว่าจะมาจากเยอรมนีแล้ว “นั่นคือตอนที่ฉันรู้ว่าเราต้องทำอะไรที่แตกต่างออกไป” เขากล่าว
เครื่องช่วยหายใจแบบกลไก Milano
Galbiati นำเพื่อนร่วมงานจาก DarkSide มารวมกันอย่างรวดเร็ว และใช้เกณฑ์ที่เผยแพร่โดยหน่วยงานกำกับดูแลผลิตภัณฑ์ยาและผลิตภัณฑ์เพื่อสุขภาพในสหราชอาณาจักร ซึ่งกำหนดคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการออกแบบเครื่องช่วยหายใจใหม่ใดๆ ก็ตาม ได้นำเสนอพิมพ์เขียวชื่อ Mechanical Ventilator Milano (MVM) เขากล่าวว่าสิ่งนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากการออกแบบในปี 1961 จาก Roger Manley แห่งโรงพยาบาล Westminster ในลอนดอน ซึ่งเป็น “พื้นฐานแต่น่าเชื่อถือมาก” ซึ่งเป็นหนึ่งในความแตกต่างที่สำคัญคือเครื่องใหม่จะใช้วาล์วนิวแมติกที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามากกว่าสวิตช์ทางกล
จากข้อมูลของ Galbiati MVM จะมีขนาดกะทัดรัดและต้องการชิ้นส่วนน้อยกว่าเครื่องช่วยหายใจส่วนใหญ่ในตลาดปัจจุบัน เขากล่าวว่าความเรียบง่ายนั้นเกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันควบคุมความดันของออกซิเจนในปอดของผู้ป่วยโดยใช้วาล์วนิรภัยสองวาล์วในรูปแบบของกับดักช่องระบายอากาศ ไม่มีอะไรมากไปกว่าคอลัมน์ของน้ำหรือน้ำมันที่มีความลึกเฉพาะ หนึ่งกับดักที่วางตำแหน่งต้นน้ำจากตัวผู้ป่วยช่วยให้มั่นใจได้ถึงความดันสูงสุดในระหว่างการหายใจเข้าและอีกจุดหนึ่งที่ปลายน้ำกำหนดความดันต่ำสุดหลังการหายใจออก
ซึ่งแตกต่างจากเครื่องช่วยหายใจที่มีความซับซ้อนมากขึ้น MVM จะไม่สามารถควบคุมปริมาตรของออกซิเจนในปอดของใครบางคนได้ (ซึ่งต่างจากความดัน) Galbiati กล่าวว่าเขาไม่ทราบว่าจำเป็นอย่างยิ่งเพียงใดที่จะสามารถควบคุมทั้งสองปริมาณได้ แต่ก็ยังเชื่อว่าการออกแบบใหม่นี้จะช่วยชีวิตได้ในภูมิภาค Lombardy ที่ติดเชื้ออย่างหนักของอิตาลีและอื่น ๆ “ฉันไม่สามารถพูดได้ว่าอะไรจำเป็นในกรณีส่วนใหญ่” เขากล่าวเสริม “แต่สิ่งที่ฉันสามารถพูดได้ก็คือมีผู้ป่วยที่ไม่ได้รับการรักษา เครื่องช่วยหายใจแบบกลไกที่มีเพียงการควบคุมแรงดันจะยังคงมีค่ามาก”
การทดสอบในห้องปฏิบัติการ
เมื่อวันที่ 20 มีนาคม กัลเบียติและเพื่อนร่วมงานได้ทำการทดสอบชุดแรกในห้องปฏิบัติการใกล้กับเมืองแบร์กาโมที่ได้รับผลกระทบอย่างหนักโดยใช้ส่วนประกอบบางอย่างของ MVM และปอดทดสอบที่ได้มาตรฐานซึ่งทำจากถุงซิลิโคน จากนั้นในวันจันทร์ พวกเขาอัปโหลดการพิมพ์ล่วงหน้าบนarXivโดยสรุปการออกแบบของพวกเขา และขอให้นักวิทยาศาสตร์และแพทย์ขอคำติชม เพื่อ “เร่งกระบวนการตรวจสอบ ปรับปรุง และนำไปใช้ได้”
Galbiati กล่าวว่าอุปกรณ์ต้นแบบเครื่องแรกควรจะพร้อมในระหว่างวันที่ 27-28 มีนาคม แต่เสริมว่าการพัฒนาเครื่องเองไม่ใช่เรื่องยาก เขากล่าวว่าความท้าทายทางเทคนิคหลักที่โดดเด่นคือการผลิตซอฟต์แวร์ที่รันอุปกรณ์ “เราได้เปลี่ยนความซับซ้อนไปยังซอฟต์แวร์ควบคุมและออกแบบ” เขาอธิบาย “นี่คือสิ่งที่นักฟิสิกส์อนุภาคเก่ง แต่ถ้าเราต้องการทำอย่างรวดเร็ว เราต้องการความร่วมมือจากโปรแกรมเมอร์ที่ดีที่สุดจากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อนุภาคที่แข็งแกร่งที่สุด”
อีกฟากหนึ่งของมหาสมุทรแอตแลนติกคือArt McDonaldจากมหาวิทยาลัย Queen’s ในแคนาดา ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2015 จากการค้นพบการสั่นของนิวตริโน แมคโดนัลด์กล่าวว่าเขาได้ “ระดมทรัพยากร” จากห้องปฏิบัติการนิวเคลียร์และอนุภาคของแคนาดาหลายแห่ง รวมถึงผู้เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่ TRIUMF และทักษะด้านวิศวกรรมเครื่องกลจาก Chalk River Laboratories และ SNOLAB ร่วมกับ Galbiati เขายังได้รับการสนับสนุนจาก Fermilab ในสหรัฐอเมริกาและ CERN ในสวิตเซอร์แลนด์
แมคโดนัลด์กล่าวว่าเขาได้รับ “ผลตอบรับที่ดีเยี่ยม” เกี่ยวกับ MVM จากผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ รวมถึงผู้ที่อยู่ในกลุ่มที่มหาวิทยาลัย McGill ในควิเบกซึ่งดูแลเครื่องช่วยหายใจในแคนาดา แม้ว่าอิตาลีจะยังไม่ได้รับการอนุมัติด้านกฎระเบียบอย่างเป็นทางการสำหรับการออกแบบ แต่เขากล่าวว่าทางการได้ส่งสัญญาณที่ให้กำลังใจอย่างมาก (อันที่จริง Galbiati กล่าวว่าพวกเขาได้รับใบอนุญาตพิเศษในการเปิดโรงงานอีกครั้งสำหรับการผลิตรายการที่จำเป็น) แมคโดนัลด์ยังหวังว่าจะได้รับการอนุมัติในเร็วๆ นี้ในแคนาดา โดยได้พูดคุยกับ “เจ้าหน้าที่ระดับสูง” ที่นั่น
คำถามที่เหลืออยู่ที่ใหญ่ที่สุดคือ McDonald กล่าวว่าอุตสาหกรรมสามารถผลิตเครื่องจักรได้เร็วพอที่จะจำกัดความเสียหายที่เกิดจากไวรัสในอิตาลีและที่อื่น ๆ ได้หรือไม่ “ผมยังไม่รู้คำตอบสำหรับเรื่องนั้น” เขากล่าว “แต่เรามีบุคคลที่มีแรงจูงใจสูงจำนวนมากที่ทำงานเกี่ยวกับเรื่องนี้”
