吸入许多化学物质、小颗粒或空气传播的疾病病毒都会造成严重的健康问题。 某些气体比其他气体更具危害性，即使是惰性气体，在某些情况下也可能具有危险。 呼吸器中的过滤器或外科手术口罩是第一道防线，过滤掉空气中导致伤害、疾病、癌症或死亡的物质。 这包括空气传播的疾病，例如COVID-19病毒。
解决的问题 – 挑战
每个处理危险材料或危险环境的工作场所都应该有适当的保护策略，确保在那里工作的每个人的安全。尤其在医院工作的人，口罩能有效阻止空气传播的疾病。外科医用口罩和呼吸器通过提供一种过滤材料来工作，该过滤材料与要过滤的颗粒或气体发生机械或化学相互作用。通常，该过滤材料是多孔材料，其具有特定的孔径，过滤给定尺寸的颗粒。同样，有害物质与过滤器的物理相互作用也对过滤过程的效率产生重大影响。
解决方案
构建了各种多孔过滤材料的数字模型。包括几种烃类聚合物，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、还包括化学活性过滤器，例如炭黑。生成特定尺寸的孔，研究有害物质与带有孔的过滤材料的相互作用，并根据观察到的相互作用的类型提出了使孔材料功能化的建议。研究的颗粒是不同的纳米颗粒，包括几种蛋白质，其中还包括COVID-19病毒的突触蛋白。
然后根据聚合物孔的组成和大小研究了有害客体分子的动态行为，并特别关注了非键合相互作用能。
结果
预测扩散系数、吸附热、密度分布。
模拟了几种不同的多孔过滤器聚合物在不同温度条件下与有害纳米颗粒和蛋白质的相互作用，并鉴定出性能更好的过滤器材料。根据观察到的相互作用能提出了改善材料的建议。模拟的相互作用能在实验上是无法观察到的特性，我们基于这些模拟的特性提出了设计增强材料的建议。下图1.显示了聚乙烯孔中的COVID-19刺突蛋白，为清楚起见，未显示水分子。
Figure 1: Model of COVID-19 spike protein in a Polyethylene matrix. Protein is displayed in CPK, Polyethylene matrix in wire mode. Present water molecules are not displayed for clarity.
可应用工业领域
医药和农药行业
解决的问题 – 挑战
设计高效的过滤材料，适应多种危险颗粒
确定危险颗粒与过滤器之间关键作用因素
解决方案
数字建模危险颗粒及过滤材料
模拟过滤器孔中化学和物理作用能
确定最佳过滤材料，并提高其性能
使用软件
经典立场方法
AMORPHOUS BUILDER
GROMACS
LAMMPS ATOMISTIC
平台
MAPS
