Judul: Enhancement of the mechanical properties of fluorescent gelatin/carbon dots bio-nanocomposite films
Abstrak: Film kemasan berbasis biopolimer seperti gelatin dapat terurai secara hayati namun memiliki karakteristik fungsional seperti sifat mekanik dan termal yang perlu ditingkatkan. Film gelatin dengan karakteristik fungsional lebih baik dapat dibuat dengan teknologi nanokomposit yaitu dengan menambahkan nanofiller sebagai penguat. Salah satu material nanofiller alternatif yang dapat digunakan adalah carbon dots (C-dot). C-dot mengacu pada nanopartikel karbon fotoluminesensi kurang dari 10 nm. C-dot diketahui memiliki biokompatibilitas yang baik, inert secara kimia, dan toksisitas yang rendah. C-dot juga dilaporkan memiliki sifat pendar cahaya yang dapat dimanfaatkan untuk mendesain suatu film kemasan cerdas yang dapat merespon perubahan lingkungan dengan perubahan sifat fotoluminesensnya. Film bio-nanokomposit berbasis gelatin dengan varian konsentrasi C-dot (0,0 ; 0,1 ; 0,5 ; 1,0% w/w) dievaluasi dengan menganalisis karakteristik fungsionalnya. Karakteristik fungsional yang dianalisis diantaranya adalah tampilan fisik, morfologi dan gugus fungsi, laju transmisi uap air (water vapor transmission rate/WVTR), transparansi, densitas, sifat mekanik, sifat termal, dan sifat optik dari film bio-nanokomposit gelatin/C-dot. Secara visual film gelatin/C-dot bersifat transparan dan homogen. Gambar scanning electron microscopy (SEM) memperlihatkan bahwa C-dot terdispersi dengan baik pada matriks film. Spektrum Fourier Transform Infrared (FTIR) juga menunjukkan bahwa tidak ada perubahan struktur kimia pada matriks film. Penambahan C-dot juga secara signifikan (p<0,05) berkontribusi pada penurunan nilai laju transmisi uap air (WVTR), penurunan transparansi, dan peningkatan nilai densitas film dibandingkan dengan film gelatin tanpa penambahan C-dot. Sifat mekanik berupa kuat tarik, nilai elongasi dan modulus Young dari film gelatin/C-dot juga meningkat secara signifikan (p<0,05). Hasil terbaik diperoleh pada film gelatin/C-dot 0,5% (w/w) dengan nilai kuat tarik, elongasi, dan modulus Young, masing-masing sebesar 27,43 ± 0,71 MPa ; 23,17 ± 1,66 % ; 0,26 ± 0,03 GPa. Nilai WVTR, transparansi, dan densitas, masing-masing sebesar 26,06 ± 0,17 g/m2h ; 3,94 ± 0,03 ; 1,719 ± 0,004 g/cm3 pada film gelatin/C-dot 0,5% (w/w). Analisis DSC mengkonfirmasi stabilitas termal dari film berupa titik leleh yang meningkat menjadi 167°C pada film gelatin/C-dot 0,5% (w/w). Sifat optik film bio-nanokomposit gelatin/C-dot dievaluasi dengan spektroskopi UV-Vis dan fluoresens. Film gelatin/C-dot berpendar apabila dilakukan penyinaran dengan lampu UV 366 nm. Spektrum absorbansi UV Vis menunjukkan adanya puncak baru pada 339 nm yang menunjukkan transisi π-π* dan n-π* dari struktur C-dot. Film gelatin/C-dot menunjukkan puncak emisi berturut-turut pada 500 nm, 515, dan 517 nm, untuk film gelatin/C-dot 0,1 ; 0,5, dan 1,0% (w/w)., Biopolymer-based packaging films such as gelatin are biodegradable but have functional characteristics such as mechanical and thermal properties that need to be improved. Gelatin films with better functional characteristics can be made by adding nanofillers as reinforcement. One alternative nanofiller material that can be used is carbon dots (C-dots). C-dots refers to photoluminescent carbon nanoparticles less than 10 nm. C-dots is known to have good biocompatibility, chemical inertness, and low toxicity. C-dots is also reported to have the property of luminescence. It can be used to design a smart packaging film that can respond to environmental changes by changing its photoluminescence properties. Gelatin-based bio-nanocomposite films with C-dots concentration variants (0.0 ; 0.1 ; 0.5 ; 1.0% w/w) were evaluated by analyzing their functional characteristics. The functional characteristics analyzed include physical appearance, morphology, functional
Keyword: Bio-nanocomposites, carbon dots, film, gelatin