仿生发声瓣膜技术增强了气管切开患者的安全功能

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如果气管切开术患者使用传统的发声瓣膜不当，可能会发生危险的过压，从而导致严重的并发症甚至死亡。在弗莱堡植物园、弗莱堡大学医学中心和弗莱堡大学卓越集群 livMatS 的合作下，研究人员开发了一种发声瓣膜，该瓣膜带有集成的压力释放阀和声音警告信号，其灵感来自食肉狸藻植物 Utricularia vulgaris 的捕获机制。
该研究发表在《科学报告》杂志上。
狸藻，又名狸藻，是一种食肉植物，使用专门的中空、充满水的囊状物捕捉猎物。多年来，它一直是托马斯·斯佩克教授工作组深入研究的对象。
这些囊袋内部形成真空，并由特殊的“活板门”关闭。当小动物触碰门外侧的细小触发毛时，门会在 0.5 毫秒内向内打开。这种快速可靠的陷阱开启机制允许水流入，并将猎物拖入其中。然后，活板门通过弹性复位机制再次关闭。
研究小组将这一原理应用于新型压力释放阀：柔性膜模仿植物陷阱的开启运动，并对发声阀的临界压力增加做出反应。
当达到特定压力阈值（可根据膜的厚度和成分进行调整）时，膜会打开，从而有规律地释放过量空气。空气流过位于“活板门”后面的管道模块，产生声音信号。该信号可作为对医务人员的警报，立即引起对潜在危险情况的注意。
“当压力达到临界值时，这种创新的压力释放阀会自动打开，并发出清晰的声音警告信号，”合著者兼项目经理 Falk Tauber 博士解释说。因此，这种设计可确保及时释放压力并提醒医务人员确保快速救援。
“针对实际临床问题的仿生解决方案”
这一创新概念的直接灵感来自所谓的 CIRS 报告。在弗莱堡大学医学中心的这一报告和学习系统中，可以不受处罚地报告患者护理中的危急情况，并将其学习潜力转化为改善患者安全的具体解决方案。
“我们很幸运能够意识到植物园和卓越集群合作伙伴的创造潜力，并能够与他们一起为实际的临床问题开发出这种优雅的仿生解决方案，”论文合著者、弗莱堡大学医学中心麻醉学专家 Claudius Stahl 博士说。
仿生方法可以灵活调整开放压力，从而使瓣膜能够适应患者的个人需要。