一组研究人员创造了一种新的发声阀技术,受到自然界的启发,这可能大大增强气管切开患者的安全性。
来自弗莱堡大学的研究人员与弗莱堡大学医疗中心共同提出了一种创新的仿生发声阀技术,可以显著提高接受气管切开的患者的安全性。
目前,传统发声阀的不当使用可能导致危险的过压情况,从而对健康造成严重风险,包括潜在的致命结果。研究人员与弗莱堡植物园、弗莱堡大学医疗中心以及弗莱堡大学卓越研究群体“生命材料科学”(livMatS)合作,设计了一种带有集成的压力释放机制和声学警报系统的发声阀,受食肉植物水蕨Utricularia vulgaris的独特捕获方法启发。
水蕨是一种肉食植物,利用充满水的特殊空囊捕获猎物。由托马斯·斯贝克教授领导的研究小组对这种植物进行了广泛研究。这些囊体会产生真空,并由一个特殊的“捕捉门”封闭。当小生物触碰到这个门外的敏感毛发时,在仅0.5毫秒内,门便会打开。这个快速的机制允许水流入并将猎物带入内部,然后由于一个弹性复位组件,捕捉门再次关闭。
“针对真实临床问题的仿生解决方案”
这一令人兴奋的技术创意来源于CIRS报告,这是一个在弗莱堡大学医疗中心内的非惩罚性报告和学习系统,允许医疗提供者安全地报告关键情况并推导出可行的安全改进。“我们很幸运认识到植物园和卓越研究群体合作伙伴的创造潜力,这使我们能够为一个重要的临床问题设计出这一优雅的仿生解决方案,”弗莱堡大学医疗中心麻醉学专家、共同作者克劳迪乌斯·施塔尔博士表示。
这种仿生方法允许灵活调整阀门的开口压力,使其可定制以满足每位患者的特定需求。弗莱堡大学已提交了对此进展的专利申请。
研究团队应用了该基本原理,创造了新的压力释放阀:一种模拟植物捕虫器开口运动的柔性膜。它对发声阀中的过高压力作出反应。当达到预定的压力限制时,这个限制可以根据膜的厚度和材料调整,膜就会打开,并允许控制释放多余空气。空气通过位于“捕捉门”后的管道模块流出,产生可听的警报信号。这个声音作为对医务人员的警告,迅速通知他们可能存在的危险情况。
“这种尖端的压力释放阀在检测到关键压力水平时会自动打开,发出响亮的警告信号,”共同作者及项目负责人法尔克·陶伯博士解释道。这种设计有助于及时释放压力,同时通知医疗人员,确保在必要时迅速干预。