Matematično modeliranje strižnega modula alginatnih hidrogelov zamreženih s kationi različnih kovinGolobič, Jurij (Avtor) Ručigaj, Aleš (Mentor) alginatzamreževalni reagentionska afinitetahidrogelreologijaHidrogeli so se zaradi svojih edinstvenih lastnosti, kot sta visoka vsebnost vode in mehka, gelu podobna konsistenca za uporabne izkazali na različnih področjih, vključno z biomedicino, dostavo zdravil, tkivnim inženiringom in razvojem senzorjev. Reološke lastnosti hidrogelov, ki se nanašajo na njihov tokovno in deformacijsko obnašanje pod vplivom zunanjih sil, igrajo ključno vlogo pri določanju njihove primernosti za specifične aplikacije. Razumevanje njihovih reoloških lastnosti omogoča napovedovanje, kako se bodo hidrogeli odzvali na aplicirano mehansko napetost bodisi v človeškem telesu bodisi v določeni napravi.V magistrskem delu sem preučeval alginatne hidrogele, Vzorce le-teh sem pripravil s fizikalnim premreženjem raztopin alginata, pri čemer sem uporabil katione Ca$^{2+}$, Sr$^{2+}$, Ba$^{2+}$, Mg$^{2+}$, Cu$^{2+}$ , Al$^{3+}$ in Fe$^{3+}$ različnih koncentracij. Vzorcem sem nato izmeril njihov strižni modul. Za kalcijeve ione je bila predhodno že razvita modelna enačba, ki pravi, da gostota zamreženja s koncentracijo ionov zamreževala narašča eksponentno. V okviru magistrskega dela sem uspel potrditi domnevo, da tovrstna zveza velja tudi za določen nabor drugih dvovalentnih ionov. Za resnično se je izkazala tudi teza, da je parameter v modelni enačbi, imenovan ionska afiniteta, povezan z velikostjo iona zamreževala, in sicer naj bi se vrednost le-te z večanjem ionskega radija zamreževala zniževala . Poleg tega sem uspel domneve predhodne teorije ter omenjeno modelno enačbo razširiti tudi na trovalentne katione aluminija in železa, za katere je bilo sicer predhodno znano, da so z alginatom zmožni tvoriti hidrogele. Pri tem se je izkazalo, da na vrednost parametra afinitete še močneje kot velikost kationov zamreževala vpliva njihov naboj. Gostota zamreženja oziroma ustrezni strižni modul sta tako za večvalentne ione večja, vrednost ionske afinitete pa temu primerno nižja, kot je to v primeru uporabe dvovalentnih ionov enakih množinskih koncentracij. V okviru magistrskega dela sem razvil tudi matematični model za napovedovanje gostote zamreženja alginatnih hidrogelov oziroma ustreznega strižnega modula le-teh pri različnih koncentracijah ionov zamreževala. Osnova modela je poenostavljena simulacija procesa ionskega zamreževanja raztopine alginata. Na podlagi le-te smo si lahko med drugim razjasnili povezavo med koncetracijo zamreževalnega reagenta in strižnim modulom nastalega hidrogela. Model v svoji končni obliki upošteva tudi vezavne afinitete ter specifične koordinacijske sposobnosti posameznega kationa in predstavlja potencialno napovedno orodje za prilagajanje reoloških lastnosti alginatnih hidrogelov specifičnim aplikacijam. Rezultati magistrskega dela tako prispevajo h globljemu razumevanju temeljnih interakcij, ki uravnavajo proces ionskega zamreževanja v biopolimernih sistemih.20242024-09-06 07:40:00Magistrsko delo/naloga160962sl