Anwenderfall: Wie ein CIRS-Bericht das Leben von Menschen mit Luftröhrenschnitt verbesserte

Ein Forschungsteam der Albert-Ludwigs-Universität und des Universitätsklinikums Freiburg hat eine neuartige biomimetische Sprechventil-Technologie entwickelt. Diese Technologie soll die Sicherheit für Patienten mit Luftröhrenschnitt erheblich erhöhen.

Herkömmliche Sprechventile können bei unsachgemäßem Gebrauch gefährlichen Überdruck erzeugen, der schwere Komplikationen bis hin zum Tod verursachen kann. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher in Zusammenarbeit mit dem Botanischen Garten Freiburg und dem Exzellenzcluster livMatS ein Sprechventil mit integriertem Überdruckventil und akustischem Warnsignal. Die Technik basiert auf der Fangmechanik der Wasserschlauchpflanze Utricularia vulgaris.

Diese fleischfressende Pflanze fängt ihre Beute mit speziellen Fangblasen, die einen inneren Unterdruck erzeugen und durch eine „Falltür“ verschlossen werden. Berührt ein kleines Lebewesen die Fühlhaare an der Tür, öffnet sich diese innerhalb von 0,5 Millisekunden nach innen. Wasser strömt ein und zieht die Beute mit sich, bevor sich die Tür wieder schließt.

Das Forschungsteam übertrug dieses Prinzip auf das neue Überdruckventil. Eine flexible Membran ahmt die Öffnungsbewegung der Pflanzenfalle nach und reagiert auf kritische Druckanstiege im Sprechventil. Bei Erreichen eines bestimmten Druckniveaus öffnet sich die Membran und lässt überschüssige Luft kontrolliert entweichen. Dabei erzeugt die Luft ein akustisches Signal, das das medizinische Personal auf mögliche Gefahrensituationen aufmerksam macht.

„Dieses innovative Überdruckventil öffnet sich automatisch bei kritischem Druck und gibt ein deutlich hörbares Warnsignal ab,“ erklärt Dr. Falk Tauber, Co-Autor und Projektleiter. Die Konstruktion sichert eine rechtzeitige Druckentlastung und alarmiert das medizinische Personal, um schnelle Hilfe zu gewährleisten.

Die Idee zu diesem Konzept stammt aus CIRS-Berichten, einem Berichts- und Lernsystem des Universitätsklinikums, in dem kritische Situationen in der Patientenversorgung sanktionsfrei gemeldet werden können. „Wir hatten das Glück, auf das kreative Potenzial unserer Partner im Botanischen Garten und Exzellenzcluster aufmerksam zu werden und mit ihnen diese elegante bionische Lösung für ein klinisches Problem zu entwickeln,“ sagt Dr. Claudius Stahl, Co-Autor und Facharzt für Anästhesiologie am Universitätsklinikum Freiburg.

Der biomimetische Ansatz ermöglicht die flexible Anpassung des Öffnungsdrucks, sodass das Ventil an die individuellen Bedürfnisse der Patienten angepasst werden kann. Die Universität Freiburg hat diese Entwicklung zum Patent angemeldet.

Der Exzellenzcluster livMatS prägt seit 2019 die Materialforschung an der Universität Freiburg. Zu den Forschungsschwerpunkten gehören Energiespeicherung, Multimaterial-3D-Druck, Drucken von Glas und Soft Robotik sowie die Beurteilung von Technologieakzeptanz. Der Cluster hat zwei Professuren und fünf Nachwuchsgruppen eingerichtet, die die Materialwissenschaften in Freiburg durch neue Impulse stärken. livMatS ist Teil des interdisziplinären Schwerpunktbereichs „Wege zur Nachhaltigkeit“ im Forschungsprofil der Universität Freiburg.

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