粒子物理学家为COVID-19患者设计简易呼吸机

一个由粒子物理学家组成的国际团队已经停止了对暗物质的研究，转而关注全球大流行受害者的需求——尤其是他们对呼吸的需求。

在严重的情况下，COVID-19可能导致需要机械通气的肺炎，但是世界上的呼吸机供应已经证明对于指数增长的需求来说太少了。

克里斯蒂安·Galbiati

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C. Todd Reichart, Department of Chemistry

“公共卫生保健系统在伦巴第也许是欧洲最强的一个,但它是附近的屈曲,”克里斯蒂安·Galbiati说,普林斯顿大学物理学教授领导的设计简化机械呼吸机使用现成的组件,可以大规模生产。

他和他的合作者——来自世界12个国家的250多名物理学家、工程师、医生和其他人——将他们的设备称为米兰机械呼吸机(MVM)。它的运行只需要电力和压缩氧气(或氧气和医用空气的混合物)，其核心的控制和监控单元由美国粒子物理国家实验室的“最好的开发人员”开发和编程加尔比亚蒂说，美国、加拿大、意大利和许多其他国家都是如此。

虽然对暗物质研究人员来说，从事医疗制造可能听起来很奇怪，但换句话说，这更有意义:一位为压缩氩构建敏感仪器的专家决定用压缩的氧气和氮气进行实验。

加尔比亚蒂和他在dark -20k项目的同事们花了15年的时间设计和提炼设备，这些设备使用一种高压液态的稀有气体来探测暗物质粒子。就在过去几周，他们从天体物理学转向了医学。

在前往意大利做研究的旅途中，加尔比亚蒂被困在了意大利。之后，他给一位朋友发了短信，祝贺他的家人为米兰的covid19病人快速修建了一个病房。加尔比亚蒂的家人拥有一家大型天然气分销公司。得知这家人取消了为病房提供通风机的订单，他很震惊。加尔比亚蒂随后与他的哥哥菲利波(Filippo)进行了交谈。菲利波是米兰尼古尔达医院(Niguarda Hospital)的一名急诊室医生。另一位加尔比亚蒂博士向这位物理学教授解释了意大利医生面临的日益困难的局面，他们需要在当地疫情最严重的时候，用有限的呼吸器来治疗缺氧病人。

加尔比亚蒂教授说:“我们正在用技术气体做很多复杂的项目。”他想利用自己的专业知识“找到最好的方法——一种更可扩展的方法——在人们需要的时候将氧气输入肺部。”

加尔比亚蒂联系了这位朋友，他的公司也生产和维修风机，并得到了意大利政府的许可，可以在他朋友的工厂进行测试。一旦他们有了一个设计，他就获得了政府的许可来建造和测试一个原型。然后他联系了黑暗面-20k队。

“粒子物理学家是一群奇怪的人，”意大利国家核物理研究所(National Institute for Nuclear Physics)所长、MVM的主要合作者、该项目的通讯主任费尔南多·费罗尼(Fernando Ferroni)说。“我们特别喜欢智力问题。我们有问题吗?我们必须解决它。此外，他补充说，全球合作的一个好处是，总有人保持清醒，让项目24小时不间断地向前推进。

该团队寻求意大利麻醉师的意见。加尔比亚蒂说:“在过去的四周里，他们一直在前线照顾病人，这让他们深受打击。”“他们带来了不可思议的体验。他们清楚地知道需要做些什么来拯救病人，并帮助他们康复。”

医生们建议的一个特点是，只需一个按钮就可以进入测量参数的程序，这些参数已被证明对设置COVID-19患者的最佳恢复路径至关重要。加尔比亚蒂说:“在大多数传统的机器上，这些程序是为更普遍的用途而设计的，需要按5个、6个或7个按钮，或者在不同的操作模式之间切换。”

”推荐的(朱塞佩)Foti博士和[Giacomo] Bellani圣杰勒德医院在蒙扎,我们正在努力实现高级功能,如单键高原压力测量,肺泡内的压力达到结束的时候吸气周期,和‘AutoPEEP,通常称为空气滞留在呼气阶段,对于大多数健康的病人来说，这个数值可能为零，对于呼气通道有阻塞的病人来说，这个数值可能与零值有显著的不同，这些阻塞可能是由分泌物引起的。”他说。

当显示屏幕和盖子被移除时，如图所示，它显示了MVM设计的简单性。

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MVM团队分享他们的设计通过科学开源存储库arXiv(发音“存档”)和medRχiv(“医疗档案”),广泛传播的概念设计和速度反馈的科学和医学社区。在这一点上，他们已经从设计阶段，通过原型阶段，并进入大规模生产的准备阶段。第一批1000个MVMs的材料应该在一周内到达。他们正与美国空军、美国食品和药物管理局、加拿大卫生部和意大利监管机构密切合作，以确保获得批准。

“创造的东西是由现成的零件,很简单,但能做的一切需要的通风机——克里斯蒂安·最初的愿景,我认为这是成功很好,”阿瑟·麦克唐纳说,MVM团队的关键成员,获得了2015年的诺贝尔物理学奖。他是加拿大皇后大学的荣誉物理学教授，1982年至1989年在普林斯顿大学任教。

麦克唐纳说，第一批呼吸机将直接送往意大利的医院，美国和加拿大的医院也将很快跟进，但研究小组也希望获得资金，在那些无力建造自己的MVMs的国家建造和分发MVMs。“我们都非常清楚，从长远来看，世界上欠发达地区将会受到这种流行病的严重打击，世界各地将会有巨大的需求。”

普林斯顿大学在MVM上的合作者包括资深研究物理学家彼得·埃尔默(Peter Elmer);伯特·哈洛普(Bert Harrop)，物理学和普林斯顿材料科学与技术研究所(PRISM)的高级技术人员;安德里亚·伊安尼(Andrea Ianni)是普林斯顿大学物理系的博莱西诺总工程师;计算物理学家大卫·兰格;物理研究生李欣然;丹尼尔·马洛，普林斯顿大学埃文斯·克劳福德1911年物理学教授;哈维尔·罗穆亚尔德斯，物理学博士后研究员;Mojtaba Safabakhsh是普林斯顿等离子体物理实验室工程和技术基础设施制造组的负责人;杰夫·汤普森是电气工程助理教授，也是棱镜项目的联合教员。