快速纳米粒子模拟可以促进对抗空气污染的努力

《计算物理杂志》的一项研究表明，一种模拟纳米粒子如何在空气中移动的开创性方法可以促进对抗空气污染的努力。

研究人员表示，废气、野火烟雾和其他形式的空气污染中发现的微小颗粒物与中风、心脏病和癌症等严重健康状况有关，但预测它们的移动方式是出了名的困难。

现在，科学家们开发了一种新的计算机建模方法，大大提高了模拟纳米粒子在空气中行为的准确性和效率。该团队表示，在实践中，这可能意味着目前需要数周时间才能运行的模拟可以在几个小时内完成。

研究人员表示，更好地了解这些颗粒的行为——它们足够小，可以绕过人体的自然防御——可能会带来更精确的监测空气污染的方法。

使用英国国家超级计算机ARCHER2，爱丁堡大学和华威大学的研究人员创建了一种方法，可以比现有技术快4000倍地计算出控制粒子如何运动的关键因素——阻力。

该团队方法的核心是一种模拟空气在纳米粒子周围流动方式的新方法。它涉及一个基于纳米粒子引起的空气扰动如何随距离衰减的数学解决方案。当应用于模拟时，研究人员可以在不影响准确性的情况下放大到更接近粒子的位置。该团队表示，这与目前的方法不同，目前的方法涉及模拟周围广阔的空气区域以模拟不受干扰的气流，需要更多的计算能力。

该团队表示，通过在纳米尺度上实现快速精确的模拟，新方法可以帮助更好地预测这些粒子在体内的行为。

该团队补充道，这一进展不仅可能有助于开发改进的空气污染监测工具，还可能为基于纳米粒子的技术的设计提供信息，例如用于靶向药物输送的实验室制造的粒子。

主要作者、爱丁堡大学工程学院的Giorgos Tatsios博士说：“纳米级范围内的空气颗粒是对人类健康最有害的，但也是最难建模的。我们的方法使我们能够更有效地模拟它们在复杂流动中的行为，这对于了解它们的去向以及如何减轻它们的影响至关重要。”

华威大学工程院的Duncan Lockerby教授补充道：“这种方法可以在模拟有毒颗粒如何在空气中移动——从城市街道到人肺——以及它们在先进传感器和洁净室环境中的行为方面达到新的精度。”这是因为