物资不够,打印来凑?美国医疗供应处处告急,3D打印或成救场奇兵
DeepTech深科技
2020-03-29 13:12:13

单日新增确诊病例近 2 万,连续 6 天新增确诊破万,累计确诊病例已达 123,750 例,这就是疫情之下的美国。

不只是美国,随着新冠疫情的持续蔓延,意大利、英国和德国等欧洲多个疫情重灾区,也都出现了卫生医疗用品短缺的问题,口罩、呼吸机以及用于检测的鼻拭子和咽拭子等必备用品已经供不应求。疫情暴发以来,那些传统医疗设备、防护用品的制造商满负荷生产,仍远远无法满足这突然迸发的需求高峰。

危急时刻,3D 打印技术或许成为一支拯救生命的奇兵。

在过去的几年里,工业 3D 打印技术即将实现突破,向公众展示其快速反应与生产能力。从某种意义上讲,这种可以在一天内从设计到生产,并可多平台、单次大规模生产零件的技术,似乎就是为了新冠疫情这种危机而设计的。

3D 打印在很大程度上被视为一种应急措施,但为了填补供应链上被疫情撕开的关键缺口,3D 打印可能帮助医院在未来几周内得到一定数量的口罩、鼻拭子、呼吸机和其他产品。

惠普公司的 3D 打印和数字制造部门负责人帕斯特(Ramon Pastor)在电话会议中提及:“3D 打印的关键是可以在几周内完成从设计到制造的整个过程,我们已经为医院交付了数千个零件。”

快速打印“鼻拭子”

现在的美国,由于缺乏明确的、有组织的、由联邦政府指导的协同方案,许多应对措施都以一种特别的方式展开。制造商、大学、医疗服务提供商、各州和地方机构都在争先恐后地寻找具备必要能力和专业知识的公司,要么直接打电话,要么依靠非正式的商业网络来联系它们。此外,一些企业、研究人员和医疗中心也在组建临时联盟来协调应对措施。

“我无法告诉你有多少家医院,以及其他各种医疗机构、医疗服务提供商和政府,要求我们帮助解决卫生医疗产品短缺的问题,太多了。” Formlabs 公司的首席产品官 David Lakatos 表示。

Formlabs 是一家位于马萨诸塞州萨默维尔市的 3D 打印技术开发商和制造商。以前,其销售的是 3D 打印机,而不是 3D 打印产品;但在未来几天,该公司将在俄亥俄州的工厂投入 250 台打印机,有望每天生产多达 10 万个用于新冠病毒测试的鼻拭子,这些急需产品很快就会被运送到美国各地的医院,用于检测新冠病毒肺炎患者。

图|3D 打印鼻拭子用于新冠病毒测试(来源:Formlabs)

“我们没有太多的时间来准备,” Protolabs 的首席执行官 Vicki Holt 说,“我们必须增加足够的医院床位和重症监护室(ICU)设备,以便在高峰期到来时做好准备。所以,我们正试图给供应链争取更多的时间。”

虽然它们是一种相对简单的设备,但它们确实需要足够薄、足够长、足够灵活才能深入鼻腔,发现新冠肺炎的早期症状。David Lakatos 说,如果鼻拭子的检测深度不够,就可能产生假阴性结果,这些未被识别的新冠病毒携带者就会进一步传染给其他人。

Formlabs 表示,随着疫情在未来几周内不断升级,该公司可能会迅速增加 3D 打印机的数量,并将鼻拭子的日产量提高至 10 万个以上,具体数字取决于医疗需求。

本周四,一个由南佛罗里达大学、哈佛大学、斯坦福大学等机构组成的联盟宣布,他们已经与美国食品药品监督管理局(FDA)协商,制定了生产3D 打印测试样本的通用指南。他们表示,包括 Formlabs、Carbon 和惠普等在内的少数会员,准备开始制造特定种类的拭子,并可能很快提高到每周生产多达 400 万个。根据公告,医院可以联系国家应急管理机构,要求立即供应。

从今年 3 月中旬开始,3D打印独角兽 Carbon 的联合创始人 Joseph DeSimone 和公司首席执行官的 Ellen Kullman 一直在考虑公司的现有技术能如何帮助解决抗疫一线人员对医疗用品的紧急需求,由于新冠疫情的暴发,大到呼吸机,小到口罩、检测拭子等物资都极度匮乏。

图|Carbon 的联合创始人 Joseph DeSimone 和公司首席执行官的 Ellen Kullman(来源:Carbon)

检测拭子匮乏,是导致测试能力遇到瓶颈的原因之一。如今,Carbon 的设计师正在研究用 3D 打印技术快速生产鼻拭子。Joseph DeSimone 希望能够尽快分发拭子,但是他们没有给出确切的时间范围。“我们正疯狂地推进,我认为这对于Carbon 来说是一个非常重要的时刻,美国需要我们。”

对用于检测病毒的鼻拭子,Carbon 的设计师经历了一个 “漫长” 的设计过程。他们在 72 小时内设计了 7 种不同的 3D 网状结构,随后在斯坦福大学医学中心、哈佛医学院等机构的帮助下迅速验证了其设计。3 月 21 日,Carbon 已经将各种设计发送给其医疗合作伙伴进行测试。

Joseph DeSimone 表示,其中一个设计通过了斯坦福大学的舒适性和有效性测试,这一认可使其获得了 FDA 的批准。本周他将选择这个设计与另外一款优秀的设计相结合,以便做出更好的拭子。

“一旦我们把所有的东西都整理好,那就很快了,” Ellen Kullman 说,“不过这些都是受管制的产品,我们不会在验证需求上妥协,我们要找到真正有需求的地方。”

解决面罩、呼吸机短缺问题

除了可以快速打印出鼻拭子,3D 打印技术在制造面罩、呼吸机等方面,也有很大的用处。

位于马萨诸塞州伯灵顿的 Desktop Metal,是一家设计和销售金属 3D 打印系统的技术公司。该公司推出了一个网站,让制造商在供应链受限的情况下提交医疗设备所需金属部件的申请。

南卡罗莱纳的主要医疗保健系统 Prisma Health 宣布,它已经获得了 FDA 的紧急授权,公司可以使用 3D 打印一种独特的呼吸机扩展设备:一种名为 VESper 的分流管(splitter tubing),在设备供应紧张的情况下,可以保证一台呼吸机最多可以支持 4 名有严重呼吸问题的患者,且生产成本很低。

当需要借助机器辅助才能呼吸的患者数量迅速增加时,医疗设备的严重短缺可能会在一夜之间发生。” Prisma Health 医学部主任 Peter Tilkemeier 说,“当需要呼吸支持的危重病人的数量超过现有呼吸机的数量时,VESper 就可以挽救生命。在这次新冠疫情中,美国的很多医院可能会开始使用它。”

Formlabs 也在评估呼吸机分流管的设计,不过该公司强调,它们只能作为最后的选择。事实上,在本周四的一份联合声明中,美国重症医学会、美国呼吸保健协会和其他医疗组织建议,建议不要让多名新冠肺炎患者共用一台机械呼吸机,他们强调,“最好将呼吸机用于最有可能受益的患者,而不是导致患者交叉感染等新的问题。”

最近几天,Carbon 与 Google 母公司 Alphabet 的生命科学业务部门 Verily 合作共同设计面罩,并用 3D 打印技术造出了它们的原型,然后将它们送到斯坦福医院和凯萨医疗集团(Kaiser Permanente)来进行测试。

目前,Carbon 公司已将面罩送到医院,并且在一天之内就获得了监管部门的批准,属于 1 级豁免(无需通过提交文书等工作来走一套美国 FDA 的快速审批程序)设备。

Joseph DeSimone 表示,设计师尝试使用了三种不同的树脂,包括一种用于阿迪达斯鞋中底的树脂和一种用于牙科产品的树脂。他说,通过使用三种不同的树脂和三种不同的设计方式,可让更多拥有 3D 打印机的客户能够生产它们。

此外,Protolabs 公司还与明尼苏达大学的一个团队合作,在几天内开发、测试了一款低成本呼吸机的 6 个部件。研究人员可能会公开发表这一设计,它依靠一个马达就可生产能广泛使用的手动复苏器,这样医院就可以在出现攸关生死的短缺情况时,自己生产来救急。值得注意的是,麻省理工学院的一个团队正在进行一个类似的项目。

明尼苏达大学麻醉学研究员 Stephen Richardson 与 Earl E. Bakken 医疗机械中心合作,在美国明尼苏达大学医疗器械中心主任、世界医疗器械设计大会创始人 Arthur Erdman 教授的指导下,基于 “自充气袋” 的袋式阀面罩的理念,创造了一个低成本呼吸机的原型。如今,在 70 名志愿者的帮助下,两款原型机(被称为 Coventor)成功进行了测试。据了解,该原型呼吸机的成本仅为 150 美元。

图|原型呼吸机(来源:明尼苏达大学)

Protolabs 也在为一家大型呼吸机制造商生产零部件,但 Vicki Holt 说,该公司目前无法透露名称或提供更多细节。

当被问及 3D 打印产品的安全性时,VickiHolt 表示,他们有责任设计出合适的设计,进行必要的测试,并采取适当的监管措施。

但是,像鼻腔拭子这样能够在人体内使用的最终产品的生产,确实需要 3D 打印公司自身迈过监管门槛。David Lakatos 说,Formlabs 之所以能够迅速获得 FDA 的批准,在俄亥俄州的工厂生产这种鼻拭子,只是因为它此前已经获准生产在人们口腔内使用的牙科产品,比如 3D 打印的夜用护板和牙冠。

有 3D 打印行业分析师表示,“很容易就可以出现数百种将 3D 打印用于新冠病毒防疫的想法。” 其推测目前在美国大约安装了近 4.7万台工业级 3D 打印机。随着目前依靠它们生产零件的航空航天、汽车和其他制造业的陆续关闭,其中的大部分或许都可以拿出来与新冠病毒作战。

3D 打印在拯救生命方面的作用有多大,将取决于疾病传播的速度有多快,以及世界各地的制造商和供应商能够多快地采取措施重组和扩大产能。

-End-

参考:

www.technologyreview.com/s/615420/3d-printing-coronavirus-covid-19-medical-supplies-devices/

www.forbes.com/sites/amyfeldman/2020/03/25/inside-a-silicon-valley-unicorns-urgent-dash-to-3d-print-face-shields-and-test-swabs-to-battle-covid-19/#64382a0c4370

www.nytimes.com/2020/03/26/us/politics/coronavirus-ventilators-trump.html

www.ghs.org/healthcenter/ghsblog/prisma-health-ventilator-covid19/

cse.umn.edu/me/news/medical-devices-center-creates-new-ventilator

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