Medicinsk ilt bør ikke være en luksus:At udvikle en billigere måde at producere det på

Folk har måske engang betragtet ilt som en menneskeret. Men pandemien har afsløret, at adgangen til ilt - i ren form, til medicinsk brug-er en luksus i de fleste lav- og mellemindkomstlande.

At få adgang til ren ilt til medicinske behandlinger er kompliceret, dyr og ofte meget farlig forretning. Den nuværende situation i Indien er en hård påmindelse om dette problem. Den anden bølge af COVID-19 har ramt landet hårdt, det samlede antal dødsfald har lige passeret de 200, 000 mark. Der er mangel på ilt.

På grund af den aktuelle nødsituation, Indiske borgere har henvendt sig til det sorte marked for at købe ilt langt over sin normale pris.

Dette er sket delvis på grund af den måde, ilt produceres på, opbevares og transporteres rundt om i verden. Derfor arbejder forskere som mig på at finde et billigere alternativ.

Flaskehalse

Oxygen opnås for det meste fra flydende luft. Ingeniører gør luften, vi indånder, til en væske, ved hjælp af en kombination af processer, der afkøler gasser, indtil de kondenserer. Når det er lykkedes at flydende blandingen, de bruger destillation - den samme proces, der bruges til at lave whisky og gin - til at adskille luft i dens forskellige komponenter, ilt blandt dem.

Denne proces kræver enorme mængder energi og enorme industrielle faciliteter, så det er begrænset til nogle få områder i verden, de fleste af dem i det globale nord. Flydende ilt skal opbevares og transporteres under stort tryk, skabe alvorlige logistiske problemer og sikkerhedsproblemer - ilt er virkelig eksplosivt.

Det betyder, at den største flaskehals i iltproduktionen er, præcist, flasker. USA er afhængige af kraftige rør til at transportere ilt under tryk. I Europa, transport sker hovedsageligt gennem flydende ilt transporteret i store tanke. For lande med lavere indkomst distribution sker på flasker.

Men iltflaskemarkedet er kun hjørnet af en håndfuld kemikaliefirmaer. Brug af flasker tilføjer også et andet lag af sikkerhedsproblemer, da håndtering af dem korrekt kræver flere forholdsregler og korrekt træning. Udviklingslandene mangler derfor både den infrastruktur, der kræves for at producere flydende ilt, og den til let og billigt at transportere den til et hospital.

Ud af den blå luft

En anden måde at "lave" ilt på er ved hjælp af koncentratorer, enheder, der selektivt fjerner nitrogen - den gas, der udgør 78% af vores atmosfære - ved hjælp af en række membraner, porøse materialer og filtre. Disse begyndte at blive produceret i midten af ​​70'erne, og teknologien er meget veletableret.

Disse anordninger gør luft til en strøm af iltberiget gas, typisk over 95% (resten består hovedsageligt af argon). Dette er normalt godt nok til respiratorer og respiratorer. Fordelen ved en koncentrator er, at den kan fremstilles som en lille enhed til brug på hospitaler eller plejehjem. Kommercielt tilgængelige koncentratorer findes nu, men de er dyre og svære at producere i udviklingslande.

Det er derfor, forskere som mig leder efter løsninger. Mit team undersøger nye typer materialer, der lagrer og adskiller gasser, hvoraf nogle leverer potentielt overkommelige løsninger til enheder såsom iltkoncentratorer. Vi udvikler to hovedtyper af materialer - zeolitter (krystaller af silicium, aluminium og ilt) og metal-organiske rammer (normalt kaldet MOF'er). Begge er meget porøse materialer; du kan forestille dig dem som miniaturer, svampe i molekylstørrelse.

Som svampe, disse porøse materialer absorberer flere væsker, end du intuitivt kan forestille dig. Selvom de millioner af porer inde i zeolitter og MOF'er kan virke små, deres samlede overfladeareal er monumentalt. Faktisk, et gram bestemte rekordstore MOF'er har et overfladeareal på over 7, 000 kvadratmeter.

Små mængder zeolitter og MOF'er kan lagre enorme mængder væske, ofte gasser, og de er blevet brugt til gaslagring, rensning, kulstofopsamling og vandhøstning.

Nogle af mit team, samarbejder med ingeniørfirmaet Cambridge Precision, og Center for Global Lighed, er begyndt at undersøge, om de kan bruges til at lagre ilt. Vi har udviklet en indledende prototype, der fungerer. Vi håber at have en sidste prototype på plads om to måneder, og derefter skal vi søge læge godkendelse.

Processen

Princippet er ganske enkelt. Vi har en aluminiumscylinder fuld af porøse materialer, og vi cirkulerer en luftstrøm gennem den. Dette renser iltet op til 95% - med de resterende for det meste argon. Kvælstof er fanget i zeolitten på grund af den måde, hvorpå den elektriske ladning fordeles i nitrogenatomer, hvilket betyder, at det interagerer stærkere med zeolitens elektriske felt. Oxygen og argon er ikke.

Nitrogen forbliver derfor fanget inde i de millioner af små porer, og vi tømmer dem senere efter opbevaring af vores ilt.

Som regel, vi kommercialiserer vores porøse materialer gennem Immaterial, en spin-out fra University of Cambridge. Endnu, at tjene enorme overskud på at sælge ilt i en pandemi virkede umoralsk. I Afrika, for eksempel, ilt er fem gange dyrere end i Europa og USA. Vores team og Immaterial indgik derfor et partnerskab med andre forskere i Cambridge for at skabe Oxygen and Ventilator System Initiative, OVSI, med det formål at fremme og fremstille iltbehandlinger til en overkommelig pris.

Vi håber, at fordelene ved en billig iltkoncentrator vil overleve pandemien. Oxygenforsyning er nøglen til behandling af lungebetændelse hos børn og kroniske lungesygdomme - begge tilstande, der globalt dræber flere mennesker end AIDS eller malaria. Alle skal have adgang til ilt, og teknologi som vores kunne en dag hjælpe med at give denne adgang.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.