Gesualdo visar hur partiklar och vätskor sprids i porösa material

​SuMo Biomaterials är ett VINN Excellence center på Chalmers med 35 forskargrupper och sju deltagande företag samt institutet SP Food and Bioscience. Centrat finansieras med lika delar från Vinnova, industrin samt Chalmers. Matematikerna Alexei Heintz och Tobias Gebäcks del i det hela är ett datorprogram för simuleringar av transportprocesser i olika material.

Diffusion genom en porös cellulosafilmFör några år sedan kom dåvarande chefen för SuMo Biomaterials, Magnus Nydén, och frågade om man på Matematik var intresserade av att göra ett datorprogram för transportprocesser. Alexei Heintz och Tobias Gebäck besökte industrifolk på plats för att försöka ta reda på vad det var de ville ha. De fann snart att man inom industrin talade ett annat språk än inom akademin. Tidsskalan för när man ville ha saker klara var också annorlunda och problemen som skulle lösas var ofta mycket komplicerade. Det var ingen brist på data, mängderna låg snarare på gränsen av datorernas beräkningsförmåga, och det tog ett tag att få fram data som gick att använda. Men nu finns ett användbart program tillgängligt för alla inom centrat, inklusive företagen.

Programmet som fått namnet Gesualdo simulerar diffusion och flöden i godtyckliga porösa strukturer, ur matematisk synvinkel godtyckliga geometrier. Alexei ger som ett konkret exempel då man sprayar en läkemedelstablett med olika polymerblandningar för att substansen ska gå långsammare ut i kroppen, då vill man veta hur lång tid det tar beroende på struktur. Materialen kan till exempel vara cellulosabaserade, polymera, bestå av skum eller vara uppbyggda av silicapartiklar, och man kan simulera vätskor, partiklar eller partiklar i vätskor. Programmet använder sig av Lattice Boltzmann-ekvationer hämtade från kinetiken. Under resans gång har nya matematiska problem uppstått och vissa fysiska frågor har man inte helt enkelt inte vetat innan, som hur vissa processer går till på mikroskopisk nivå. Då har man fått skapa ny teori från grunden inom området homogeniseringsteori.

Alexei Heintz– Vissa frågeställningar ligger i gränslandet mellan matematik, teoretisk fysik och fysikalisk kemi, men är svåra att få grepp om från alla områdena. Den tillämpade matematiken behöver ibland mer abstrakt matematik än vad själva den abstrakta matematiken behöver, därför att man vet inte vad det är för ekvationer man kan tillämpa på problemet. Man kan inte hitta svaret i litteraturen utan måste göra om varje steg för att hitta det man är intresserad av.

Matematisk statistik är också en del av SuMo Biomaterials. Mats Rudemo har varit medlem i dess styrelse från starten, och tillsammans med Aila Särkkä och doktorander har man huvudsakligen ägnat sig åt bildanalys. Det rör sig om tolkning av experimentella två- och tredimensionella bilder med mycket brus i, och om simulering av tredimensionella strukturer. SuMo Biomaterials har nu 1,5 år kvar av centrumbildningens tio år. Fortsättningen för forskningsprojektets statistikinriktning är säkrad genom ett anslag från SSF.

– Det finns stora planer även för vårt datorprogram att utvecklas vidare så att det kan simulera mer komplicerade fysikaliska processer med interaktion mellan partiklar och material. Vi får en ny postdoc i oktober, det är egentligen alldeles för mycket arbete att utveckla sådana här saker på bara två personer så det är ett välkommet tillskott. Företagen vill fortsätta att använda programmet även efter att SuMo Biomaterials avslutats men finansieringen är inte klar ännu. Det tar mer tid när man arbetar tillsammans med industrin jämfört med när man forskar på egen hand och det är en längre väg tills man når resultat, men man får också väldigt mycket uppmuntran, den sociala situationen är helt annorlunda, så det har varit både utmanande och roligt att få arbeta med detta, avslutar Alexei. 


Text och foto: Setta Aspström
Bild: Diffusion genom en porös cellulosafilm som sätts på läkemedelspellets, skapat med hjälp av Gesualdo


Sidansvarig Publicerad: ti 29 jan 2019.