Empaquetamiento de anillos como sistema modelo para problemas de materia blanda | Seminario de Física

Comprender el empaquetamiento de anillos semiflexibles no solo es fundamental para la descripción dinámica de los polímeros circulares, sino que también es clave para comprender ciertos sistemas biológicos como el que se observa en el ADN circular dentro de los virus o el plegamiento del genoma, etc.

En este trabajo utilizamos tomografía de rayos X para estudiar empaquetamientos desordenados de bandas de goma en recipientes cilíndricos, pensando esto como un modelo sencillo para estudiar algunos problemas de materia blanda.

Utilizando herramientas computacionales avanzadas y de técnicas Maching Learning logramos analizar estas tomografías y caracterizar el sistema a nivel geométrico y topológico [1]. El grado de entrelazamiento de las estructuras se cuantificó a través de las intersecciones de las superficies mínimas y utilizando triangulaciones de Voronoi generalizadas, lo que permitió identificar los entrelazamientos topológicos y los vecinos de cada banda.

Encontramos que los empaques de bandas cortas conforman una estructura desordenada similar a un líquido, con un orden orientacional de corto alcance que es levemente afectado por el contenedor. Por el contrario, para anillos más largos, el confinamiento obliga al plegado de la banda y los anillos se interpenetran y enredan. Se encontró que la mayoría de los sistemas muestran una intricada red de ‘enhebramientos’ que percola el sistema. Curiosamente, para las bandas largas cuyo radio de giro duplica el diámetro del contenedor, encontramos que todas las bandas se interpenetran entre sí dando lugar a una estructura compleja y completamente entrelazada.

[1] "Packing structure of semiflexible rings", PNAS 117 (7) 3382-3387, 2020. Doi: 10.1073/pnas.1914268117.

Biografía del Invitado:

Nicolás A. García, es un investigador joven que obtuvo su Licenciatura y Doctorado en Física (2015) en la Universidad Nacional del Sur (UNS), Bahía Blanca, Argentina.  Llevó a cabo múltiples escuelas-estadías en el exterior, como  en el “Institute for the Science and Technology of Materials“, Department of Chemical and Biological Engineering, Princeton University, USA.  Desde  su grado y posgrado ha mostrado su amplio  compromiso con la docencia, gestión, extensión universitaria y divulgación (organizador de congresos, muestras, desarrollador de softwares libres). Realizó en 2015 un postdoc en el Departamento de Física de la Universidad “Sapienza” de Roma (Italia), trabajando en tópicos de auto-ensamblado de sistemas coloidales. En 2017 recibió una mención especial en el Premio Giambiagi a la mejor tesis doctoral otorgado por la Asociación de Fı́sica Argentina (AFA).

En mismo año, comenzó una segundo postdoc de tres años  en el prestigioso Institut Laue-Langevin en Grenoble (Francia), trabajando en Física de Polímeros Heterogéneos. Es autor de artículos publicados en revistas científicas internacionales de primer nivel y ha participado como colaborador en diversas publicaciones junto a investigadores de Italia, Estados Unidos, Francia, Holanda, Alemania y Bulgaria. En 2019, su artículo Macromolecules, 51, 23, 9850-9860 (2018), fue presentado como artículo destacado en el Reporte Anual 2019 del Institut Laue-Langevin (Francia). Al igual que su PNAS 2020, trabajo que contará en esta charla.

Recientemente ha retornado al país, y se desempeña como profesor del Departamento de Física de la UNS y es investigador del Conicet dentro del IFISUR.  Su principal tema de investigación se centra en la física de la materia blanda, básica y aplicada, como en sus trabajos con la empresa L´Oreal  y para ello aplica tecnología de vanguardia como son algoritmos de inteligencia artificial (Maching Learning) para el procesamiento de datos complejos (como tomografías, predicción de simulaciones). Recientemente, y reafirmando su compromiso social desde el inicio de su carrera,  junto a un grupo interdisciplinario de la UNS, lideró el desarrollo y la transferencia de un software de Relevamiento Sanitario para atender a las necesidades de gestión de hospitales y centros de salud en el contexto de la Pandemia del COVID-19. El software es usado en toda la Región Sanitaria I (15 municipios) y también en la provincia de Rı́o Negro. A su vez, desarrolló un completo sistema informático que incluye 2 aplicaciones webs y 1 aplicación móvil (Android y iOS) para dar soporte al proyecto: “Implementación de una estrategia de vigilancia epidemiológica focalizada en grupos con alto riesgo de infección por SARS-CoV-2 en la Región Sanitaria 1 (Sudoeste de la Provincia de Buenos Aires)” financiado por el MinCyT.