Statistiska verktyg för att konstruera optimala material

​Sandra Eriksson Barmans forskning tillämpar metoder från matematik inom materialvetenskap, för att öka kunskaperna i hur man bäst designar material med skräddarsydda masstransportegenskaper.

Sandra Eriksson BarmanSandras doktorandanställning har legat inom projektet Materialstrukturer sedda genom mikroskop och statistik, finansierat av SSF (Stiftelsen för Strategisk Forskning). Projektet föddes i sin tur ur Chalmers centrum SuMo Biomaterials som har många externa partners, till exempel AstraZeneca, Essity och Tetra Pak. De tillverkar alla produkter där materialens mikrostruktur styr transporten genom materialen.

Sandra har använt sig av program för molekulär transport och data som tagits fram inom SuMo, tillsammans med ny data som tagits fram inom SSF-projektet. Datan är mikroskopidata från AstraZeneca från material som används som ytstruktur på läkemedelspellets. När ytan kommer i kontakt med vatten bildar det en porös struktur som avgör hur snabbt läkemedlet frisätts i kroppen.

Den första delen av avhandlingen handlar om att ta fram en 3D-stokastisk modell som passar till materialet. Utmaningen ligger i att mikroskopibilderna är relativt stora och att modellen ska kunna passas till bilderna. Sandra har sedan använt både denna 3D-modell och andra, enklare modeller för att hitta vilka egenskaper hos de porösa materialen som är viktigast för frisättningen, och simulerat transport genom materialen.

– Vissa saker visste vi redan, och testade då själva metoderna som redan finns för att beskriva egenskaper. Men vi har också tagit fram nya modeller för konnektivitet i material, hittat flaskhalsar, och identifierat vilka egenskaper som är viktiga för transporten.

MIST, simuleringsprogram för att mäta egenskaper

Illustration av programmet MISTAlla de framtagna metoderna är implementerade i ett program kallat MIST (MIcroSTructure – A program package for visualization and characterization of 3D geometries) som ska bli allmänt tillgängligt. Hittills är det skickat till en del av SuMos partners men det är tänkt att vem som helst ska kunna nå det och använda det. Man har arbetat mycket med visualisering, eftersom konnektivitetsegenskaper är svåra att se enbart i en 3D-struktur.

Det är fler som arbetar inom projektet, som en doktorand på Fysik som arbetat med att ta fram mikroskopidata och som disputerar i juni, men i och med disputationerna och publiceringen av MIST är detta projekt egentligen avslutat. Programmet hinner vidareutvecklas ytterligare något till september, då Sandras anställning är slut. Samarbetena kring materialvetenskap, som ju är ett av Chalmers styrkeområden, fortsätter med många andra perspektiv.

Sandra tog några års paus mellan gymnasium och universitet, testade att ta en matematikkurs och läste därefter Matematikprogrammet på Göteborgs universitet. Hon sökte några olika doktorandtjänster på institutionen och licentiattjänster på Fraunhofer och valde den här. Hon har trivts mycket bra med projektet, både med matematiken som hon beskriver som rolig, och med det nära samarbetet med industrin.

– Det är spännande med responsen från de som kan tänkas använda sig av forskningen, och det är också roligt att det varit så många involverade med olika infallsvinklar.

Sandra Eriksson Barman disputerar i tillämpad matematik och matematisk statistik med avhandlingen ”The pore geometry of pharmaceutical coatings: statistical modelling, characterisation methods and transport prediction”, tisdag den 24 april kl 13.00 i sal Pascal, Hörsalsvägen 1. Handledare är Holger Rootzén.

Text: Setta Aspström
Foto: privat
Bild: Illustration av hur man kan använda MIST för att undersöka konnektivitet. Visualisering av porerna (uppe till vänster) och porernas geodesiska avstånd till det gröna rätblocket (nere till höger), där porer som ligger nära rätblocket visas i blått och porer som ligger längre bort visas som mindre solida i rött.


Publicerad: on 15 apr 2020.