馬里蘭州學(xué)院公園市–從定向給藥到采油，工程師們正在尋找使用稱為納米顆粒的微小顆粒的方法，這些顆粒可以通過各種方式與物質(zhì)相互作用，例如使它們粘附。這樣做需要了解粒子表面的行為-考慮到涉及的亞微觀尺度，這可能很棘手。通常，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法無法提供足夠的精確數(shù)據(jù)。

研究人員在UMD，機(jī)械工程系副教授帶領(lǐng)悉達(dá)多達(dá)斯，已經(jīng)利用仿真工具單個(gè)原子和分子的行為進(jìn)行建模。通過這種方法，“對于具有重大工程和生物醫(yī)學(xué)意義的問題，我們能夠獲得前所未有的原子細(xì)節(jié)水平，” Das說。

該小組現(xiàn)在已經(jīng)在細(xì)胞出版社的《物質(zhì)》雜志上發(fā)表了重要發(fā)現(xiàn)。該期刊上發(fā)表的一篇論文詳細(xì)介紹了Das和研究團(tuán)隊(duì)(包括Peter W. Chung博士，Parth Rakesh Desai，Sai Ankit Etha，Turash Haque Pial，Harnoor Singh Sachar和Yanbin Wang)如何利用分子動(dòng)力學(xué)以前所未有的原子細(xì)節(jié)來模擬長的帶電分子(通常稱為聚電解質(zhì)或PE)在其附著于表面并達(dá)到類似于牙刷刷毛的構(gòu)造時(shí)的行為。

這種架構(gòu)被稱為PE筆刷。“ PE畫筆的作用是修改表面的屬性，以創(chuàng)建所需的相互作用。這稱為“表面功能化”，Das說。

這種“功能化”用于賦予表面各種功能，例如納米通道壁或納米顆粒表面，用于從傳感和整流到藥物輸送和油回收的各種應(yīng)用。

達(dá)斯說：“這是最早以如此高的原子分辨率探測PE刷子有趣行為的研究之一。” “它使我們能夠以原子分辨率對離子和水分子進(jìn)行前所未有的描述：這可以更好地了解PE刷子的性能，進(jìn)而有助于我們顯著改善PE刷子在采用接枝表面。”

他們的工作與尋求操縱各種表面和顆粒的科學(xué)家具有廣泛的聯(lián)系，因此它們可以用于不同的目的，例如集水，收集雨水和濕氣供人類使用，或者用于從內(nèi)部細(xì)小壁recover中回收油。巖石。開發(fā)癌癥治療方法的科學(xué)家還試圖操縱亞微觀顆粒的表面，以便將其用于識別病細(xì)胞。

通過運(yùn)行模擬，該團(tuán)隊(duì)觀察到兩個(gè)特定現(xiàn)象：“超局限效應(yīng)”，導(dǎo)致分布，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化，以及類似鹽分水的情形，其中水分子被來自水中的分子取代。刷子。

達(dá)斯(Das)與機(jī)械工程學(xué)系的博士生Sachar一起撰寫了這篇論文。Sachar和博士研究生Pial進(jìn)行了模擬，而數(shù)據(jù)由博士生Desai，Etha和Wang和機(jī)械工程副教授Chung分析。Deepthought2高性能計(jì)算集群提供了計(jì)算支持。