Et samarbejde om algoritmer kan skubbe ”laboratorium på en chip” ud i den virkelige verden

For de fleste mennesker betyder udtrykket ”digital micro fluidics” ikke ret meget. Men det er en teknologi, der kan revolutionere laboratoriearbejde.

“Idéen er, at alt det, en biokemiker normalt bruger meget tid på at gøre med pipetter, kan gøres af en enkelt chip i stedet,” forklarer Luca Pezzarossa og viser en kort video af teknologien i brug.

Laboratoriet på en chip er i bund og grund et biokemisk laboratorium skaleret ned til størrelsen af en lille bærbar enhed – en mikroprocessor. Idéen er at få små dråber af væske til at bevæge sig rundt på en chip ved at aktivere en sekvens af elektroder. Luca Pezzarossa’s opgave er at få hardwaren og softwaren til at fungere sammen for at flytte de mikrofluidiske dråber på den rigtige måde.

“Men én ting, der er meget almindelig inden for dette felt, er, at de personer, der laver denne forskning, ikke er biokemikere,” siger han.
Problemet med det er, at der er begrænsninger i den virkelige verden, der gør det meget sværere at flytte dråberne.

“To dråber må ikke komme så tæt på hinanden, som de gør i en simulering, fordi de så ville røre hinanden og flyde sammen. Rent biologisk kan nogle dråber også efterlade en forurenende rest. Bloddråber trækker et spor for eksempel, og så kan andre dråber ikke bevæge sig derhen, hvor blodet har været før,” forklarer Luca Pezzarossa.

Det eksempel repræsenterer et vanskeligt problem. At oversætte noget fra en brugervenlig højniveau-protokol – noget, der er nyttigt for en biokemiker – til en styresekvens er meget svært. Især når begrænsningerne er komplekse virkelighedsbaserede problemer, som f.eks. en dråbe, der efterlader en forurenende blodsti på chippen.

“Da jeg præsenterede disse udfordringer på et DIREC-seminar, sagde to algoritmeorienterede forskere: ‘Det her er meget spændende fra et teoretisk synspunkt. Vi bør ansøge om et DIREC Explore-projekt.’ Og det gjorde vi så,” siger Luca Pezzarossa.

Digital Research Centre Denmark (DIREC) støtter tværfaglig forskning – ofte med eksterne partnere – med såkaldte Explore-projekter, der er små agile forskningsprojekter med det formål at undersøge nye ideer.

I størstedelen af 2022 arbejdede han sammen med to andre lektorer, Eva Rotenberg fra DTU Compute og Lene Monrad Favrholdt fra Syddansk Universitet, på at udvikle algoritmer, der kunne styre denne tidsplanlægning og ruteplanlægning på anvendte cyber-fysiske systemer – mens DTU-forskningsassistent Kasper Skov Johansen, der nu er ph.d.-studerende ved DTU, stod for det meste af det praktiske arbejde.