隨著世界各地的衛(wèi)生工作者為感染了SARS-CoV-2及其多種變體的人提供護理，醫(yī)用氧氣的短缺繼續(xù)對已經(jīng)捉襟見肘的醫(yī)院造成嚴重影響。因此急需研發(fā)出一種新的醫(yī)用氧氣設(shè)備，而沸石可以成為其中優(yōu)選材料。

“當前，給我們的醫(yī)療和急救設(shè)施造成了巨大壓力，需要就醫(yī)的人數(shù)激增，醫(yī)院的通風設(shè)備數(shù)量有限，”副教授FaruqueHasan說。其指出，基于他們設(shè)計的制氧機還可以幫助那些患有其他呼吸系統(tǒng)疾病的人，如慢性阻塞性肺病、肺炎和哮喘。這項研究的描述在線發(fā)表在《自然科學報告》雜志上。與為患者持續(xù)供應(yīng)純氧的氧氣罐不同，便攜式制氧機從環(huán)境空氣中去除氮氣。氮氣的剝離是由于一種稱為吸附的過程，其中某些種類的空氣分子被困在固體表面上。在吸附劑的眾多選擇中，稱為沸石的天然或合成材料就像篩子一樣，在保持氮氣的同時允許氧氣通過。

但是，盡管它們具有整體優(yōu)勢，但制氧機通常設(shè)計為具有固定的規(guī)格，從而限制了它們在滿足患者醫(yī)療狀況或活動變化引起的氧氣需求方面的使用。例如，患者的氧氣需求在流速和純度方面可能會有所不同，并且當前的氧氣濃縮器不能用于同一醫(yī)院環(huán)境中需要非常不同的通氣的多個不同患者。

“在理想情況下，我們需要一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在滿足不同產(chǎn)品規(guī)格的同時，在不同操作模式之間快速切換以按需生產(chǎn)氧氣，”Hasan實驗室前研究生、該研究的主要作者AkhilArora說。

為了改進當前醫(yī)用氧氣濃縮器的設(shè)計，Arora首先選擇了三種類型的沸石，接下來，他進行了基于物理的模擬，模擬沸石的不同特性以及氧氣濃縮器的特性，包括吸附室的大小和吸附過程中的不同階段。

然后，他使用德克薩斯A&M大學的高性能計算集群，同時改變模擬的所有這些輸入，以達到最佳操作范圍，從而產(chǎn)生緊湊、易于運輸和高性能的醫(yī)用氧氣濃縮器。專家表示，他們的研究也是創(chuàng)建家用便攜式網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的第一步，該系統(tǒng)可以根據(jù)患者的需要改變氧氣供應(yīng)。因此，如果患者在癥狀惡化時需要更多氧氣，內(nèi)置算法可以分析來自氧氣傳感器的數(shù)據(jù)以預測是否需要更多通氣，將該信息傳遞給場外醫(yī)生，然后他們可以使用他們的判斷遠程更改設(shè)置這種沸石醫(yī)用制氧機。