Review Oleh: Kavadya Syska, S.P., M.Si. (Dosen Bidang Teknologi Pangan – Food Technologist, Universitas Nahdlatul Ulama Al Ghazali Cilacap
Hidrogel telah menjadi salah satu material yang menarik perhatian para peneliti dalam berbagai bidang, termasuk robotika lunak, biomedis, farmasi, dan bahkan industri pangan. Hidrogel, yang terdiri dari jaringan polimer jenuh air, memiliki karakteristik unik di mana ia dapat merespons rangsangan eksternal seperti suhu, kelembapan, osmolalitas, dan cahaya. Respons tersebut terutama terlihat pada kemampuan hidrogel untuk membengkak atau menyusut ketika ada gradien potensial kimia antara hidrogel dan lingkungan sekitarnya. Perubahan kadar air ini berpengaruh langsung terhadap sifat mekanis hidrogel, terutama elastisitas dan tegangan internal yang terbentuk saat hidrogel dibatasi dalam proses dehidrasi atau pembengkakan.
Penelitian ini berfokus pada penggunaan teknik analisis modal untuk memahami bagaimana dehidrasi memengaruhi modulus elastis dan tegangan internal hidrogel, terutama pada cakram gelatin. Teknik ini sangat penting karena hidrogel kerap digunakan dalam aplikasi yang memerlukan respons mekanis yang tepat, seperti dalam sistem pengemasan pintar di industri pangan atau perangkat lunak dalam robotika yang bergantung pada fleksibilitas material.
Salah satu hal menarik yang ditemukan dalam penelitian ini adalah bahwa perubahan kadar air internal hidrogel secara signifikan memengaruhi frekuensi alami dan rasio redaman mode getaran material tersebut. Frekuensi alami adalah ukuran kemampuan material untuk kembali ke posisi semula setelah diberi gangguan. Dalam konteks hidrogel, kemampuan ini sangat penting karena material ini harus mampu menyesuaikan diri dengan perubahan lingkungan tanpa kehilangan sifat mekanis utamanya. Dengan menggunakan vibrometri laser nonkontak, para peneliti berhasil mengukur perubahan frekuensi dan rasio redaman pada cakram gelatin dalam berbagai kondisi kehilangan air hingga 80%.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dehidrasi secara substansial mengubah sifat mekanis hidrogel, di mana modulus elastis (elastisitas material) dan tegangan internal meningkat seiring dengan penurunan kadar air. Ini berarti bahwa saat hidrogel mengering, ia menjadi lebih kaku dan menahan lebih banyak tekanan internal. Respons ini penting untuk dipahami dalam berbagai aplikasi, terutama di sektor pangan di mana hidrogel digunakan dalam pengemasan pintar untuk memperpanjang umur simpan produk. Pengemasan ini membutuhkan material yang dapat beradaptasi dengan perubahan kelembapan tanpa kehilangan integritas mekanisnya.
Selain itu, penelitian ini juga menunjukkan pentingnya karakterisasi mekanis hidrogel yang cepat dan tanpa kontak. Dalam industri pangan, misalnya, di mana kecepatan dan efisiensi proses sangat penting, teknik ini dapat membantu dalam memantau sifat material secara real-time tanpa harus merusak produk. Pendekatan berbasis getaran dan gelombang seperti yang ditunjukkan dalam penelitian ini merupakan langkah maju dalam meningkatkan pengujian sifat mekanis hidrogel yang lebih cepat, lebih akurat, dan lebih efisien.
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan wawasan baru tentang bagaimana perubahan dalam kadar air memengaruhi sifat mekanis hidrogel. Hal ini sangat relevan dalam pengembangan aplikasi di berbagai industri, termasuk pangan, di mana hidrogel dapat digunakan dalam pengemasan pintar, bahan aditif, atau bahkan sebagai matriks pengiriman zat aktif. Hidrogel dengan respons mekanis yang dapat disesuaikan ini memungkinkan peningkatan stabilitas produk dan efisiensi produksi, yang pada akhirnya dapat mengarah pada penghematan biaya dan peningkatan kualitas produk.
