Načrtovanje kompleksnih biopolimernih hidrogelov za časovno kontrolirano sproščanje prebavljivih ogljikovih hidratov z namenom zagotavljanja dolgotrajne energije med vzdržljivostnimi športnimi aktivnostmiMujdrica, Blaž (Avtor) Kopač, Tilen (Mentor) hidrogelalginatkinetika sproščanjamatematično modeliranjeAlginatni hidrogeli predstavljajo pomembno področje raziskav na področju sistemov za nadzorovano sproščanje učinkovin, saj njihova specifična polimerna struktura omogoča postopno sproščanje v odvisnosti od zunanjih pogojev, kot so pH, temperatura in ionska sestava okolja. Zaradi teh lastnosti so še posebej primerni za uporabo v farmacevtski in prehranski industriji, kjer je ključno natančno uravnavanje sproščanja bioaktivnih učinkovin. V magistrskem delu sem preučeval alginatno-kalcijeve hidrogele kot potencialne materiale za nadzorovano sproščanje prebavljivih ogljikovih hidratov, natančneje glukoze, ter analiziral kinetiko sproščanja glede na sestavo hidrogela. Cilj raziskave je bil določiti vpliv koncentracije glukoze, alginata in zamreževala CaCl₂ na sproščanje glukoze ter opredeliti, kateri mehanizmi snovnega prenosa prevladujejo pri različnih formulacijah. Poudarek je bil na razvoju hidrogelnih sistemov, ki omogočajo prilagodljivo sproščanje sladkorjev v prebavnem traktu, s ciljem optimizacije formulacij za izboljšano dostavo energije med vzdržljivostnimi športnimi aktivnostmi. Eksperimentalni del je vključeval pripravo alginatnih hidrogelov z različnimi koncentracijami glukoze (15–60 %), alginata (1,5–3,5 %) in zamreževala CaCl₂ (0,10–0,75 %), pri čemer sem spremljal vpliv teh parametrov na kinetiko sproščanja glukoze v simuliranem gastrointestinalnem okolju. Za kvantifikacijo mehanizmov sproščanja sem uporabil različne matematične modele, vključno s Higuchijevim, Korsmeyer-Peppasovim, Weibullovim modelom ter modelom prvega reda. Na podlagi analize prileganja eksperimentalnih podatkov sem ugotovil, da Weibullov model najnatančneje opisuje kinetiko sproščanja glukoze iz hidrogelov, kar potrjuje kompleksen mehanizem, ki vključuje kombinacijo difuzije in mehanske degradacije hidrogela. Rezultati so pokazali, da višja koncentracija glukoze povzroči večji koncentracijski gradient med hidrogelom in zunanjim medijem, kar vodi do hitrejšega sproščanja glukoze. Poleg tega večja koncentracija glukoze ovira interakcije med polimernimi verigami alginata, kar posledično zmanjša gostoto zamreženja hidrogela pri enaki koncentraciji alginata in CaCl₂. To privede do manj povezane strukture in povečanja velikosti por v polimerni mreži, kar še dodatno pospeši sproščanje. Nasprotno pa višje koncentracije alginata in CaCl₂ spodbujajo tvorbo gostejše in bolj zamrežene polimerne mreže, kar upočasni sproščanje glukoze zaradi otežene difuzije skozi manjše pore. Poleg tega sem eksperimentalno določene difuzijske koeficiente primerjal s teoretično napovedanimi vrednostmi in ugotovil odstopanja, ki nakazujejo na prisotnost dodatnih mehanizmov sproščanja, kot sta nabrekanje in erozija hidrogela. Na podlagi teh ugotovitev bi bilo mogoče zasnovati ciljno usmerjene prehranske dodatke za športnike in posameznike z različnimi presnovnimi potrebami, ki bi zagotavljali optimalno oskrbo z ogljikovimi hidrati in zmanjšali prebavne obremenitve med dolgotrajnimi fizičnimi napori. Razvoj hidrogelnih formulacij, ki omogočajo prilagojeno sproščanje sladkorjev glede na stopnjo telesne aktivnosti, bi lahko prispeval k izboljšanju športne zmogljivosti in hitrejši regeneraciji.20252025-04-16 10:45:01Magistrsko delo/naloga168509VisID: 24103COBISS_ID: 234508291sl