תוכנית Global Good של חברת Intellectual Ventures האמריקאית עבדה על טכנולוגיה חדשה בכדי להביא חיסונים לכל פינה בעולם. מתקן אחסון החיסונים הפאסיבי משתמש רק בגוש בודד של קרח ולא זקוק לחשמל ממקור חיצוני בכדי לאחסן תרופות בטמפרטורות נמוכות לתקופה של חודש שלם.

באזורים רבים של העולם המתפתח ישנה גישה מוגבלת מאוד לחשמל, ובמקומות רבים אין כלל תשתיות לאספקת חשמל. עובדה זו מעמידה אתגר גדול מאוד לדוקטורים ועובדי סיוע. עד ממש לא מזמן, חיסונים שהיה צריך לשמור בטמפרטורות נמוכות ויציבות לא היו יכולים להגיע לאזורים מנותקים בהם הכי צריך אותם. במסגרת תוכנית Global Good של חברת Intellectual Ventures, צוות של חדשנים המציאו מיכל המתפקד כמו תרמוס, אשר זכה לכינוי מתקן אחסון החיסונים הפאסיבי (מאח"פ) אשר עושה שימוש בבידוד בביצועים גבוהים במטרה לשנות לחלוטין את הדרך בה חיסונים מאוחסנים באזורים בהם החשמל מאוד מוגבל.

לעמוד בדרישות בטיחות מחמירות

אם לא שומרים אותם בטווח הטמפרטורות הרצוי במשך כל הזמן, החיסונים עלולים להתקלקל ולהפוך לבלתי שמישים. החוקרים בתוכנית היו חייבים להשתמש בפרמטרים שהוכתבו להם על ידי ארגון הבריאות העולמי. בכדי לעבור בצורה בטוחה, החיסונים חייבים להישמר בתוך חלון צר של בין 0 ל- 10 מעלות צלסיוס.

האבטיפוס הראשון שהחוקרים תכננו מבוסס על תרמוס קריוגני, מכשיר המסתמך על טכנולוגיה של ואקום ובידוד רב שכבתי בכדי לאחסן נוזלים קרים מאוד. תרמוסים המסוגלים להחזיק בד"כ חנקן נוזלי או חמצן נוזלי לתקופות זמן ממושכות יכולים להחזיק קרח רק לכמה ימים בטרם הוא נמס.

חוקרי Global Good ערכו ניסויים יחד עם מידול מערכות ואקום ותרמיות בתוכנת COMSOL Multiphysics במטרה לאתר חומרים ועיצובים שונים אשר יאפשרו למאח"פ לשמור על רמות ואקום גבוהות בטמפרטורות גבוהות. כמו תרמוס קריוגני, המאח"פ מבוסס על בידוד רב שכבתי בתוך חלל ואקום בכדי לצמצם מעבר חום. הרמה הגבוהה של ואקום מנטרלת בצורה וירטואלית הולכה של חום והובלת גזים, בעוד הבידוד הרב שכבתי מוריד בצורה דרמטית את מעבר החום הקרינתי. הבידוד הרב שכבתי, אשר עשוי משכבות אלומיניום רפלקטיביות מאוד מאוד דקות, הוא זהה לחומרים שמשתמשים בהם בספינות חלל.

סימולציות של אחסון חיסונים בתנאים קיצוניים

החוקרים השתמשו בתא סביבתי המדמה את תנאי האקלים השוררים באפריקה שמדרום לסהרה במטרה לחקור בקפדנות ולהבין את ביצועיהם של אבי הטיפוס שלהם. למרות זאת, בניית אבטיפוס איכותי של תרמוס ואקום כרוכה במאמץ רב, לכן על מנת לחקור כיווני תכנון שונים בצורה יעילה יותר בטרם בניית אבטיפוס, הקבוצה פנתה ל- COMSOL Multiphysics ולמודולים של התוכנה, Heat Transfer Module ו- Molecular Flow Module ולעוד כמה נוספים. האתגרים שלהם כללו ביצוע אופטימיזציה לגיאומטריה הפנימית עבור מקסימום זמן של אחסון קר, שמירה על יכולת ואקום גבוהה יותר, ושליטה על שחרור הגזים בחלל הואקום. צמצום שחרור הגזים הוא קריטי, שכן אפילו כמויות ממוצעות של שחרור גז עודף בתוך חלל הואקום במהלך החיים של המאח"פ יכולות לגרום לוואקום לאבד את האחדות שלו, דבר שיגביר את מעבר החום למכשיר.

בוצעה אופטימיזציה לגיאומטריה של המכשיר במטרה למקסם את זמן ההחזקה של החיסונים ובכדי שיהיה כמה שיותר נגיש לעובדי הבריאות בשטח. כקו הגנה ראשון נגד האלמנטים, החלק החיצוני של המתקן מכיל סוגר מתכת מרופד בבמפרים להגנה מגומי, בעוד החלק הפנימי של המאח"פ מכיל קונכייה קטנה המחוברת בחלקה העליון לחלק החיצוני עם תומכה. בשל עיצוב זה, מעבר חום מוליך יכול להתרחש רק בנקודת החיבור. בנוסף, רצועת תרכובת משמרת את חלל הואקום כך שאין כלל חדירה של גז מהאוויר שבסביבה.

לפי דבריו של דיויד גספרינו, אחד המהנדסים שהשתמשו ב- COMSOL בתהליך עיצוב המאח"פ, "COMSOL Multiphysics הוא כלי אדיר להפחתת זמן העבודה על מודלים מסובכים". בהמשך דבריו הוא ציין כי הם העריכו במיוחד "את העובדה כי בתוכנה הכל זורם ביחד בצורה פשוטה ואינטואיטיבית, וקל מאוד לבצע את הצימודים המולטיפיזיקליים החשובים". הצוות מצא כי המגוון הרחב של מודולים הקיימים בתוכנה עוזר מאוד למציאת הפיזיקות המורכבות שהיו רלוונטיות לתהליכי המידול שלהם.

שיפור העיצוב של מתקן האחסון עבור הדורות הבאים

כתוצאה מהמחקרים הניסויים והתיאורטיים שנעשו אודות המאח"פ, המתקן מסוגל להשפיע משמעותית על כל נושא החיסונים בעולם המתפתח, להביא את החיסונים לאזורים מנותקים ולאפשר להם להיות מאוחסנים לתקופות ארוכות יותר ללא צורך בחשמל. במהלך הזמן Intellectual Ventures ישפרו את עיצובי מתקני האחסון שלהם בכדי להשאיר את החיסונים קרים תקופות נרחבות יותר עם יעילות מוגברת אף יותר. הצוות ימשיך לעבוד במטרה ליצור כלים פורצי דרך עם היכולת להציל חיים ברחבי העולם.