Новаторский метод моделирования движения наночастиц в воздухе поможет значительно улучшить борьбу с загрязнением, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Journal of Computational Physics. Ученые разработали новый подход, который позволяет быстрее и точнее предсказывать поведение мельчайших частиц, содержащихся в выхлопных газах, дыме и других источниках загрязнения воздуха.
Мелкие частицы, или наночастицы, настолько малы, что могут проникать в легкие и обходить естественные защитные механизмы организма. Они связаны с повышенным риском развития серьезных заболеваний, таких как инсульт, болезни сердца и рак. Однако моделировать их движение и поведение в атмосфере было крайне сложно, требовались большие вычислительные ресурсы и время. Новый метод существенно сокращает это время и при этом сохраняет высокую точность.
Исследователи из Эдинбургского и Уорикского университетов использовали британский суперкомпьютер ARCHER2 для разработки подхода, который позволяет вычислять ключевой параметр — силу сопротивления, определяющую движение наночастиц в 4000 раз быстрее, чем ранее существовавшие методы. Вместо того чтобы моделировать большие объемы воздуха вокруг частицы, ученые создали математическую модель, учитывающую, как возмущения воздуха затухают с расстоянием. Это позволяет сосредоточиться на непосредственной близости от частицы без потери точности и с меньшими затратами вычислительных ресурсов.
Такое ускоренное и точное моделирование дает надежду на более детальное понимание того, как наночастицы ведут себя в атмосфере и внутри человеческого тела. Это важно для разработки более эффективных систем мониторинга качества воздуха и может помочь создать технологии для целенаправленной доставки лекарств с использованием наночастиц, созданных в лабораториях.
По словам доктора Гиоргоса Тациоса из Эдинбургского университета, новый метод позволяет значительно повысить эффективность моделирования самых опасных для здоровья частиц. Профессор Дункан Локерби из Университета Уорика отметил, что такой подход открывает новые возможности для точного предсказания перемещения токсичных частиц — от городских улиц до человеческих легких, а также их поведения в современных датчиках и стерильных помещениях.
Этот прогресс может сыграть важную роль в борьбе с загрязнением воздуха и улучшении здоровья миллионов людей, а также ускорить разработку нанотехнологий в медицине. Например, недавние исследования показывают, как серебряные наночастицы, созданные с помощью грибов, помогают эффективно бороться с вирусами и воспалениями — об этом вы можете узнать в этой статье.