Man stelle sich vor, ein granularer Wirkstoff wird in eine Maschine geschickt, in der er mit einem anderen vermischt, verformt oder gefestigt werden soll. Was genau auf der Ebene einzelner Partikel dieses Medikaments passiert, ist für Forscher nicht einsehbar und auch nicht so einfach messbar. Vor allem aber kann es bei einem ungenauen Vorgang gewaltig danebengehen – eine Tablette, die verschieden viel Wirkstoff beinhaltet wie eine andere in derselben Packung, kann zu offensichtlichen Problemen führen.

Mathematiker können jedoch versuchen, diese Prozesse auf einer theoretischen Ebene besser zu verstehen. Eva Siegmann ist Doktorandin am Research Center Pharmaceutical Engineering, kurz RCPE, in Graz, das von der TU Graz, der Karl-Franzens-Universität Graz und Joanneum Research geführt wird. Sie arbeitet daran, bestimmte pharmazeutische Verfahrenstechniken zu optimieren.

So viele Partikel wie möglich

Durch ein eigens entwickeltes Softwareprogramm simuliert sie diese Vorgänge zusammen mit einem multidisziplinären Team. Ziel ist es, den ganzen Prozess schneller und fehlerfreier zu machen: "Wir wollen so viele Partikel wie möglich gleichzeitig betrachten, und das in einem vernünftigen Zeitraum", sagt sie. Das sei gar nicht so einfach, denn eine solche Substanz kann aus Millionen bis Milliarden einzelner Teilchen bestehen. "Man muss sich nur einen Löffel Zucker anschauen und sich vorstellen, wie viele Partikel da enthalten sind", schildert Siegmann.

Um das zu vereinfachen, sei man bisher davon ausgegangen, dass alle Partikel kugelförmig sind. "In der Realität ist das aber praktisch nie der Fall, sondern man hat Kristalle, unregelmäßige Körner oder auch zusammengeklebte Formen", sagt die Mathematikerin. Ihre Arbeit konzentriert sich deswegen darauf, das Verhalten jedes Partikels und ihre Interaktionen einzeln zu simulieren und so auch realistische Partikelformen miteinzubeziehen.

Damit das funktioniert, haben Siegmann und ihr Team einen sogenannten Kontaktalgorithmus entwickelt und die vielen einzelnen Berechnungen auf einer Grafikkarte implementiert, die viel mehr parallele Schritte zulässt als klassische Prozessoren.

Das Stereotyp eines Mathematikers, der stundenlang mit einem Bleistift auf Papier grübelt, trifft bei Eva Siegmann aber nicht ganz zu – zumindest nicht im Büro. Um der Bildschirmarbeit zu entkommen, hat sie ihr Zuhause zu einer computerfreien Zone erklärt. "Dort überleg ich dann wirklich oft mit Papier und Bleistift", sagt sie, "das Thema geistert natürlich weiter im Kopf herum, auch wenn man die Arbeit verlässt."

Den Weg zu einem derart hochspezialisierten Forschungsgebiet hat die junge Wissenschafterin eher zufällig eingeschlagen. Durch einen Zeitungsbericht kam sie nach ihrem Diplomstudium an der Grazer Karl-Franzens-Universität ans RCPE. Nach zwei Jahren Projektmitarbeit begann sie dort auch ihre Doktorarbeit, die sie in den nächsten Monaten abschließen wird. Bevor sie dann aber wieder ans Zentrum zurückkehrt, will sie den Kopf noch einmal richtig freibekommen – mit bildschirmfreier Zeit im Ausland. (Katharina Kropshofer, 18.7.2018)