摘要：我们每日都会吸入数以百万计的微观颗粒物，包括烟尘、粉尘、花粉、微塑料、病毒及合成纳米颗粒。其中部分颗粒的体积积极小，可以深入肺部甚至进入血液循环系统，诱发心脏病、中风及癌症等疾病。

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英国华威大学研发的新方法，首次提供了一种简便的预测手段，能够计算不规则形状纳米颗粒（一种危险的空气污染物）在空气中的运动轨迹。

我们每日都会吸入数以百万计的微观颗粒物，包括烟尘、粉尘、花粉、微塑料、病毒及合成纳米颗粒。其中部分颗粒的体积积极小，可以深入肺部甚至进入血液循环系统，诱发心脏病、中风及癌症等疾病。

这些空气颗粒物大多呈现不规则的形状。然而，现有的数学模型在预测其运动轨迹时，通常假设颗粒为完美球体，这仅仅是因为球体方程更易求解。这一假设，使得监测或预测现实中非球形（且往往更具危害性）颗粒的运动变得十分困难。

如今，英国华威大学的研究人员开发出了首个能预测任意形状不规则颗粒运动的简易方法。这项研究发表于《流体力学杂志》，它通过改良一个百年老公式，填补了气溶胶科学的一项关键空白。

论文作者、英国华威大学工程学院的邓肯·洛克比教授表示：“研究的初衷很简单：如果我们能精确预测任意形状粒子的运动轨迹，就能显著改进空气污染、疾病传播乃至大气化学的模型。我们的新方法基于一个古老的模型——它虽然简单但非常强大——我们使其适用于复杂的不规则粒子。”

这项突破源于对气溶胶科学基石之一的重新审视：坎宁安修正因子。该因子诞生于1910年，旨在预测微小颗粒的阻力偏离经典流体定律的程度。

20世纪20年代，美国诺贝尔奖得主罗伯特·密立根虽然对该公式进行了优化，却忽略了一个更简洁普适的修正方案。这导致现代版本的公式仍然仅适用于完美球形的颗粒。

洛克比教授的新研究，将坎宁安的原始理念重新构建为一种更通用、更优雅的形式。在此基础上，他引入了“修正张量”——这是一种数学工具，能够捕捉作用于任意形状颗粒（从球体到薄盘）的完整阻力与抗力谱系，且无需经验拟合参数。

邓肯·洛克比教授补充道："这篇论文旨在重拾坎宁安1910年研究的原始精神。通过泛化其修正因子，我们现在可以对几乎所有形状的颗粒进行精准预测——无需耗时耗力的模拟或经验拟合。”

“**该模型首次建立了非球形颗粒物空气传播轨迹的精确预测框架。**鉴于这些纳米颗粒与空气污染及癌症风险密切相关，这无疑是环境健康与气溶胶科学领域的重要突破。”

该新模型为理解空气中颗粒物的运动机制提供了更坚实的基础，其应用领域横跨空气质量与气候建模、纳米技术及医学研究。它将助力科研人员更精准地预测污染物在城市中的扩散路径、火山灰或野火烟雾的传播轨迹，以及工程纳米颗粒在制造与药物输送系统中的行为模式。

为深化这项突破性成果，英国华威大学工程学院已投资引进了一套尖端的气溶胶生成系统。该设施将使研究人员能够生成并精确研究更广泛的非球形真实颗粒物，从而进一步验证和拓展新方法的应用范围。

与洛克比教授合作的英国华威大学工程学院教授朱利安·加德纳表示：“新设施将使我们能在可控环境下探索真实空气颗粒的行为模式，助力将这项理论突破转化为实用的环境工具。”

一百多年前的一个公式，在21世纪的实验室里获得了新生。科学的进步，有时并不在于全新的创造，而在于回望基石时，敢于提出“为什么不呢？”的勇气。这个小小的“修正张量”，连接着百年前的物理定律与当下最迫切的公共健康议题。它最终所要描绘的，不仅仅是颗粒的轨迹，更是未来城市空气中，关乎数百万人健康呼吸的清晰图景。

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来源：无敌浩克一点号