Phổi nhân tạo

Các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Case Western Reserve ở Mỹ vừa chế tạo một mẫu phổi nhân tạo nhỏ gọn, có khả năng hoạt động bằng không khí bình thường. Công trình này mở ra hướng phát triển thiết bị hỗ trợ hô hấp linh hoạt hơn, thay vì phụ thuộc vào những hệ thống cồng kềnh và khó di chuyển. Điểm đáng chú ý nằm ở việc thiết bị mô phỏng nhiều đặc điểm quan trọng của phổi thật trong một cấu trúc thu nhỏ. Mẫu phổi mới được tạo ra từ một khuôn mẫu có các tính năng thu nhỏ, sau đó được sắp xếp thành nhiều lớp bằng cao su silicone lỏng. Những lớp vật liệu này mô phỏng mạng lưới mạch máu dày đặc, với các đường kính nhỏ hơn một phần tư đường kính sợi tóc người. Khi đông đặc, silicone hình thành các mao mạch và phế nang nhân tạo, tạo nên bề mặt phù hợp cho quá trình trao đổi khí. Thiết bị có những cổng riêng để đưa máu và không khí vào, giúp hai dòng vật chất tiếp cận mà không trộn lẫn trực tiếp với nhau. Bên trong cấu trúc, màng trao đổi khí đóng vai trò ranh giới, cho phép các phân tử oxy đi qua theo cơ chế khuếch tán. Oxy sau đó hòa vào máu, còn dòng máu đã được bổ sung oxy tiếp tục chảy ra ngoài qua các cửa thoát máu. Chiều ngược lại, khí carbonic trong máu cũng khuếch tán qua màng trao đổi khí để rời khỏi dòng máu. Khí này được đưa ra ngoài thông qua cửa thoát khí, mô phỏng chức năng thải carbonic vốn do phổi thật đảm nhiệm. Nhờ thiết kế phân tách các đường vào và đường ra, thiết bị có thể thực hiện đồng thời việc cung cấp oxy cùng loại bỏ khí thải. Một ưu điểm khác của mẫu phổi nhân tạo là khả năng vận hành bằng chính tim người, không cần sử dụng những bơm cơ học bổ sung. Cách hoạt động này giúp giảm bớt số lượng bộ phận hỗ trợ, đồng thời hướng tới một hệ thống gần với cơ chế lưu thông tự nhiên của cơ thể. Khi máu được tim đẩy qua thiết bị, quá trình trao đổi khí có thể diễn ra mà không phải dựa vào nguồn bơm riêng biệt. Các loại phổi nhân tạo thông thường trước đây thường cần những thùng oxy tinh khiết rất nặng để duy trì hoạt động ổn định. Sự phụ thuộc này khiến thiết bị khó mang theo, hạn chế khả năng sử dụng trong những tình huống đòi hỏi bệnh nhân hoặc hệ thống hỗ trợ phải di chuyển. Phổi nhân tạo mới khắc phục một phần trở ngại đó bằng cách khai thác không khí bình thường thay vì yêu cầu nguồn oxy tinh khiết cồng kềnh. Thiết bị cũng được thiết kế với kích thước nhỏ tương đương phổi thật, thay vì chiếm không gian lớn như nhiều hệ thống hỗ trợ truyền thống. Theo thông tin từ công trình, hiệu quả hoạt động của mẫu mới được cải thiện từ ba đến năm lần so với những thiết kế trước đây. Sự kết hợp giữa kích thước gọn, khả năng dùng không khí thông thường và hiệu quả cao tạo nên giá trị nổi bật của công nghệ này. Những kết quả trên đưa mẫu phổi nhân tạo của Trường Đại học Case Western Reserve đến gần hơn với mục tiêu tạo ra một thiết bị hỗ trợ hô hấp có tính di động cao. Trong tương lai, công nghệ có thể hướng tới việc cung cấp phổi nhân tạo dễ dàng mang theo hoặc thay thế tạm thời cho phổi thật trong thời gian điều trị. Dù vậy, thông tin hiện có mới mô tả một khuôn mẫu nghiên cứu, còn con đường ứng dụng thực tế vẫn cần tiếp tục được phát triển và đánh giá.