פרויקט Southwest Research Institute (SwRI) מפתח טכניקות לשיפור משאפים לילדים צעירים ואנשים אחרים שאינם יכולים לשאוף עמוק. צוות החוקרים הרב-תחומי יוצר משאף יעיל יותר עבור אנשים שאינם יכולים לנהל את הנשימה העמוקה והחזקה החיונית לתועלת מרבית ממשאפים סטנדרטיים. עבודה זו משלבת דינמיקת נוזלים חישובית (CFD), מדעי החלקיקים ומדע התרופות כדי להשיג עיצובים משופרים. הפרויקט במימון פנימי הוא שיתוף פעולה בין שלוש חטיבות SwRI: הנדסת מכונות, הנדסת Powertrain וכימיה וכימיה.
עבור ילדים ואנשים עם מצבים כמו מחלת ריאות חסימתית כרונית, או COPD, חלק מהמשאפים אינם מקבלים מספיק תרופה לריאות. הרבה מהתרופות נשארות בפה ובגרון או בתוך המכשיר במקום להגיע לעומק דרכי הנשימה. זה מבזבז תרופות ומספק מינון לא ברור".
ד"ר ראוף טג'יק, מהנדס מחקר בחטיבת הנדסת מכונות של SwRI ומוביל הפרויקט
כדי לתקן זאת, SwRI יוצרת ובודקת עיצובים חדשים של משאפים המפחיתים שקיעה בפה ובגרון, מגבירים את חדירת החלקיקים לריאות ומאפשרים שאיפה חלשה מילד צעיר או חולה מאוד כדי למשוך מספיק תרופה לריאות.
טג'יק הוביל את מודל ה-CFD, שדמה איך האוויר זורם דרך דרכי הנשימה של הילד, וכיצד חלקיקים ממשאף מעבירים תרופות לפה, לגרון ולדרכי הנשימה העמוקים יותר.
מהנדס מכון SwRI, ד"ר עימאד חאלק, מפקח על המתקן למדע וטכנולוגיה של חלקיקים של SwRI, המתמחה בחלקיקים מוטסים. כחלק מחטיבת הנדסת Powertrain של SwRI, המתקן חוקר בדרך כלל פליטת חלקיקים ממנועי רכב וסוללות תחת אש. הצוות של חאלק השתמש במכונת סימולטור נשימה המחוברת למודל מודפס בתלת-ממד של דרכי הנשימה של ילד כדי לאפיין את החלקיקים והמסלולים הרפואיים.
"בדקנו גם גרסאות משטח יבשות וגם רטובות של דרכי הנשימה כדי לחקות דרכי אוויר אנושיות אמיתיות ולחות", אמר חאלק. "זה עזר לנו לראות שלחות משנה את האופן שבו חלקיקים בשאיפה עמוקים חודרים."
הצוות בחטיבת הכימיה וההנדסה הכימית של SwRI פעלה כמומחים לנושא עבור החלקיקים והחומרים המשמשים במשאף. משאפי אבקה יבשה משתמשים בשני מרכיבים: חלקיק נשא גדול יותר וחלקיק סמים קטן בהרבה. כאשר החלקיקים קטנים מדי, משתמשים נוטים לנשוף אותם. כאשר הם גדולים מדי, הם לרוב לא יחדרו עמוק לתוך הריאות.
"השונות במשאפים יכולה להיות משמעותית ועלולה להיות מסוכנת: מינון יתר יכול להוביל לתופעות שליליות בעוד מינון נמוך יכול להפוך את הטיפולים ללא יעילים", אמר מדען מכון SwRI, ד"ר ג'יימס אוקסלי, שמוביל את היבטי ההנדסה הכימית של הפרויקט. "עיצוב משופר יכול לספק תרופות פוטנציאליות חזקות יותר שכרגע אינן מתאימות למשאפים בגלל השונות הזו."
