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Respirando con plástico. Usando la impresión 3D durante la COVID-19

La pandemia de la COVID-19 nos ha hecho enfrentarnos a muchos problemas y un sinfín de situaciones que, probablemente, nunca nos habríamos imaginado.Durante esta situación nacieron muchas iniciativas para la creación de material para sanitarios como mascarillas, pantallas,  batas de protección e incluso ventiladores mecánicos, con mayor o menos perspectiva.Fabricar un ventilador no es tarea fácil, ni es algo que pueda construir una única persona. El proyecto que os presentamos requirió la participación anestesiólogos,  ingenieros informáticos, electrónicos, industriales y físicos expertos en mecánica de fluidos.

“La pandemia COVID19 fomenta la creatividad. Anestesiólogos, ingenieros informáticos, electrónicos, industriales y físicos expertos en mecánica de fluidos participan en la creación de ventiladores mecánicos usando la impresión 3D”, señala el Dr Marrero  #BlogGTInnovacuónDigital

Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que un ventilador mecánico no es una máquina independiente, esta máquina requiere lo que se llama un bucle cerrado. Este dispositivo responde a las actuaciones del paciente y actúa adaptando su funcionamiento al mismo, en tiempo real. Dado esto, resulta evidente que la calidad de la máquina que podamos construir es tan buena como los sensores que incluyamos en la misma.

Decidimos fabricar un sensor basado en el efecto Venturi, el diferencial de presiones permite calcular la velocidad del flujo de gas y de forma indirecta, el caudal. El cálculo del volumen a partir de este caudal también tiene su propia ciencia y es que, dado que existe la posibilidad de esfuerzos por parte del paciente, no vamos a tener una frecuencia respiratoria fija ni un volumen inspiratorio mantenido.

La neumática del sistema y su mecánica se encuentran muy relacionadas (Imagen 1). Elegimos un sistema de concertina dado que nos permitía reutilizar de forma sencilla tubuladuras y sistemas neumáticos de máquinas comerciales.

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La neumática es uno de los apartados más sensibles dentro del sistema, debemos recordar que en el continente de gases, no podemos utilizar materiales tóxicos o con posibilidad de degradarse a tóxicos.La mecánica se integra con la construcción de la caja del ventilador (Imagen 2). El sistema de fuelle se construye con un balón de Mappleson® o Ambú®, el cual es presionado con un sistema de biela y martillo.

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Por tanto, se han de construir piezas de la parte mecánica (los soportes, la caja, la biela…) y piezas de la parte neumática y que deben estar en contacto con el gas que entrará en el paciente.

La fabricación aditiva o impresión 3D es un método de construcción mediante la deposición de un material o solidificación del mismo mediante distintas técnicas que permite, capa a capa, crear un objeto físico de tres dimensiones en base a un diseño creado por ordenador.

Existen muchos métodos de impresión 3D. El más sencillo y barato es el FDM (modelado por deposición fundida). Éste, se basa en la inyección de un termoplástico por una boquilla que va depositando sobre una base, múltiples capas hasta conseguir la figura deseada. El problema es que no es estanca para gases.

Existen otras tecnologías de impresión 3D. La estereolitografía (SLA) consiste en la solidificación de una resina o material mediante haces de luz UV. La diferencia es que las capas del SLA son del tamaño del haz de luz que hemos escogido siendo mucho más finas que con FDM y consiguiendo una pieza estanca, sin fugas de gases.

Respecto a los materiales de impresión, existen infinidades. Destacamos el  PLA (Ácido poliláctico) que es barato, sencillo de utilizar, fácil de mecanizar y hay mucho conocimiento sobre su uso.  Aunque actualmente, existen plásticos como el ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno) que han conseguido el grado médico pudiéndose implantar en el organismo para prótesis; es un material difícil de conseguir en tiempos de pandemia. Finalmente tenemos resinas que son compatibles con el contacto de mucosas y con las que se puede trabajar con dichas impresoras 3D, pero necesitamos que su uso esté suficientemente validado. Los dentistas solucionaron nuestro problema hace mucho tiempo. Los composites y resinas de empastes dentales cumplen con todas estas características (Imagen 3).

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En este trabajo teórico se realizaron diferentes pruebas con diferentes tecnologías de impresión y materiales. Este trabajo se publicó en abierto, bajo una licencia Open Source. Como conclusión, no se puede decir que haya una solución idónea para construir un sensor o una forma correcta de hacer las cosas, la mejor solución estará en relación a los medios de cada equipo y las materias primas existentes en cada momento y en cada país que decida construir este ventilador.

BIBLIOGRAFIA:

Pearce JM. A review of open source ventilators for COVID-19 and future pandemics. F1000Res. 2020 Mar 30;9:218. doi: 10.12688/f1000research.22942.2. PMID: 32411358; PMCID: PMC7195895. https://f1000research.com/articles/9-218/v2

EN LAS NOTICIAS:

https://www.elconfidencial.com/tecnologia/2020-03-23/impresion-3d-respiradores-mascarillas-biseras_2509855/

https://elpais.com/tecnologia/2020-03-20/impresion-3d-para-evitar-el-colapso-de-los-recursos-sanitarios-por-el-coronavirus.html

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