Innovative løsninger på irriterende helseproblemer i utviklingsland klekkes ut med oppsiktsvekkende regelmessighet i et laboratorium ved Houstons Rice University.
Det er her Rebecca Richards-Kortum, professor i bioingeniørarbeid, har brukt 12 år på å lede team av studenter, leger, forskere og helsepersonell her og rundt om i verden, sammen med sin kollega Maria Oden, for å komme opp til rimelige teknologier med høy ytelse for ressurssvake land.
Å oppnå umulige mål mens du sjonglerer med flere ansvarsområder er en del av Richards-Kortums DNA.
Foruten undervisning og laboratoriearbeid, gjør hun ofte forskningsrelaterte turer utenlands. Den 53 år gamle moren til seks - inkludert to jenter som hun og mannen adopterte fra Etiopia - er også en dedikert maratonløper. Med varme nysgjerrige øyne og en beroligende stemme, er det ikke overraskende at det å være mor har hatt en avgjørende innflytelse på problemene hun påtar seg. For eksempel hadde hun samarbeidet med Elizabeth Molyneux, en barnelege og professor i Malawi, i mange år. Rundt 2009 fortalte Molyneux at mange babyer i Malawi er født for tidlig, og halvparten av dem hadde problemer med å puste.
Globalt er luftveisinfeksjoner en ledende dødsårsak hos barn under fem år. I Malawi - et land i Sør-Afrika som er litt mindre enn Pennsylvania - var overlevelsesraten for fødte barn med respirasjonsnød bare rundt 25 prosent.
Amerikanske babyer født med luftveisproblemer kan behandles med en terapi tilgjengelig siden 1970-tallet, kalt boble Continuous Positive Airway Pressure (bCPAP). En strøm av trykkluft som leveres til spedbarnets luftsekker holder dem åpne. Prisen på terapien starter rundt 6 000 dollar - langt utenfor rekkevidden for de fleste sykehus i skjøre samfunn.
Richards-Kortum tildelte sine senior bioingeniørstudenter oppgaven med å lage et bCPAP-system som var rimelig og kunne fungere i tøffe miljøer. I 2010 kom de på en prototype kalt Pumani CPAP-enhet for $ 150. De har søkt om patent på enheten. Den brukte fiskeakvariumspumper kjøpt på en lokal dyrebutikk for å levere samme trykk og flyt som det dyrere motstykket ved Texas Children's Hospital.
Etter en klinisk evaluering hoppet overlevelsesraten for babyer med luftveier i Malawi fra 24 prosent til 65 prosent. En oppdatert modell som selger for rundt 800 dollar er tilgjengelig fra 3rd Stone Design, et firma i San Rafael, California.
"Det blir brukt i over 30 land, inkludert alle myndigheter, sentralsykehus og distriktssykehus i Malawi, der det opprinnelig begynte, " sier Richards-Kortum. "Vi valgte navnet Pumani fordi det betyr 'puste rolig' på det lokale språket."
Richards-Kortum er grunnlegger og direktør for Rice 360 ° Institute for Global Health og medskaperen av Oden av sin bachelorplan, Beyond Traditional Borders. I tillegg til kurs som inkluderer ingeniørfag, sosiologi og økonomi, klipper studentene tennene i design i løpet av et åtte ukers introduksjonsprosjekt, før de går videre til semester- og årelange designutfordringer.
På slutten av semesteret kan de søke om praksisplasser på sommeren på stedet som sendte inn designutfordringen og få kritikk om deres tidlige design fra arbeidere på bakken. Mange studenter kommer hjem for å fortsette studiene og perfeksjonerer et design som er egnet for klinisk bruk, for eksempel Pumani CPAP-enheten. Denne forskningen har produsert dusinvis av patenter og har ført til arbeidsforhold med sykehus i Rwanda, El Salvador, Brasil, Botswana, Kina og andre steder.
Ta gulsott, en sykdom som gir gulfarging i huden. Det oppstår når bilirubin, et rødbrunt stoff som kommer fra nedbrytningen av røde blodlegemer, bygger seg opp i kroppen. Mange spedbarn, spesielt for tidlige nyfødte, er mottakelige. Hvis ubehandlet, kan opphopning av bilirubin føre til en form for hjerneskade kalt kernicterus og til og med død. Leger kan behandle gulsott med en av de mange rimelige LED-enhetene for blålys som er tilgjengelige i Malawi.
Men det virkelige problemet, ifølge Richards-Kortum, er å diagnostisere nynternal gulsott i utgangspunktet, "spesielt hos mørkere hudbarn der det blir vanskeligere å sette pris på gulning av huden." Den nåværende diagnostiske teknologien er vanligvis avhengig av sentrifuger eller spektrofotometre som var for dyre for mange sykehus i utviklingsland.
I 2014 kom teamet til Richards-Kortum med en diagnostisk enhet for gulsott kalt BiliSpec, en batteridrevet leser med tre lysdioder og en fotodiode som kan bestemme mengden bilirubin i systemet. Sykehusklinikere kan ta en dråpe av babyens blod og bruke det på et engangs papir som skiller plasmaet.
Når stripen er satt inn i leseren, kan legene få en klar måling av det gulsottfremkallende molekylet på omtrent et minutt. Enheten, som koster mindre enn $ 100 å lage, ble testet i en klinisk evaluering av rundt 70 babyer i Malawi, og oppnådde amerikanske ytelsesstandarder. I august ble Richards-Kortum tildelt midler til å gjennomføre store kliniske studier og legge grunnlaget for produksjonen av BiliSpec i Malawi.
Noen ganger kan et gjennombrudd i ett område også forbedre livet i andre deler av et sykehus. Eksempel: en sprøytepumpe utviklet for dronning Elizabeth sentralsykehus i Malawi.
Fordi babyer har et veldig lite blodvolum, må eventuelle intravenøse medisiner leveres med en presis hastighet. Spenningspikene og strømbruddene i sykehus i Malawi gjorde deres tilgjengelige enheter upraktiske og ineffektive.
Richards-Kortum og studentene hennes kom på en lavpris (500 dollar) pumpe som går på en batterilading og er bra i over 60 timer, selv om strømmen går ut. En konstant kraftfjær - lik den som finnes i en elektrisk garasjeportåpner - forsyner den nødvendige energien for at stemplet skal fungere.
Men sprøytepumpen hjalp også vordende mødre.
Kvinner som har høyt blodtrykk under graviditet, en tilstand som kalles preeklampsi, blir vanligvis behandlet med injeksjoner av magnesiumsulfat.
"Hvis du ikke har en sprøytepumpe tilgjengelig, må du få dette stoffet injisert intramuskulært, " sier Richards-Kortum. "Det er ekstremt smertefullt. Så vi bruker den samme sprøytepumpen for å levere magnesiumsulfat på fødeavdelingen."
Ikke bare kontrollerer den injeksjonshastigheten nøyaktig for å gjøre medisinen mer effektiv, men det er mye mer behagelig for mødrene.
"Jeg trodde folk kanskje var mer motvillige til å omfavne nye teknologier, men faktisk har det vært 100 prosent motsatt av det, " sier Richards-Kortum. "De er helt sanne partnere for å prøve å komme videre."
Så livsendrende som disse oppfinnelsene er, kan Richards-Kortums mest varige bidrag være i å trene fremtidige problemløsere og innovatører - en utmerkelse som ble nevnt da hun ble kåret til en MacArthur Foundation Fellow i 2016, og fikk en "genistilskudd på $ 625 000".
"Det er mye krefter i å ha 18- og 19- og 20-åringer som er på toppen av kreativiteten og som ikke har blitt fortalt at du ikke kan gjøre det på den måten, " sier Richards-Kortum. "Det er morsomt å se på."
Robert Lerose er en forfatter med base i New York. Arbeidene hans har dukket opp i The Christian Science Monitor, Newsday, The Costco Connection, Hemispheres og andre publikasjoner.
