Los nudos en anillos poliméricos cambian de forma con el calor ✎ exprés

Original: "On the thermal properties of knotted block copolymer rings"
arXiv:2605.09555 · 2026-05-10 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 2 min
Diminutas cadenas cerradas con nudos se comportan como resortes cuya rigidez depende del patrón del nudo y de la temperatura.

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Un hilo largo se cerró en un anillo y se le hizo un nudo. El nudo se desliza a lo largo del hilo hasta que topa con algo. Ahora el hilo está formado por dos secciones diferentes: una rígida y resbaladiza, y otra blanda y pegajosa. Al calentarse, la sección pegajosa se ablanda y el nudo puede deslizarse fuera de ella, como un trineo que baja de una colina descongelada. Esto es exactamente lo que se observó en un experimento computacional con diminutos anillos moleculares.

Los autores del trabajo construyeron un modelo de anillo polimérico (una cadena larga de unidades repetidas) con dos tipos de monómeros: el tipo A se repele a sí mismo, y el tipo B se atrae. La interacción entre A y B es neutra. El resultado fue una cadena con secciones alternas "espinosas" y "pegajosas". En los anillos se hicieron diferentes nudos, desde el trébol simple hasta el nudo de cinco lazadas más complejo, y se observó cómo cambiaba su forma al variar la temperatura desde muy baja hasta muy alta. Se utilizó un ingenioso algoritmo de Montecarlo (método de caminatas aleatorias) que permitió explorar todos los estados posibles del sistema sin quedarse atascado en pozos de energía.

Un nudo en un anillo polimérico no es solo un adorno. Funciona como una cincha: si se aprieta en la sección pegajosa, toda la molécula se contrae. Si el nudo se desliza hacia una región neutra, el anillo se afloja y aumenta de tamaño.

Se descubrió algo sorprendente: con el mismo calentamiento, el anillo podía contraerse o expandirse dependiendo de cuántos eslabones pegajosos tuviera. Si el bloque pegajoso era corto, el nudo a baja temperatura se asentaba sobre él, apretando el anillo. Al calentar, los eslabones pegajosos perdían adherencia, el nudo se deslizaba y el anillo se hinchaba. Pero si había un poco más de eslabones pegajosos, el panorama se invertía: el anillo frío estaba hinchado y al calentarse se contraía. Este efecto "reversible" recuerda al comportamiento de un resorte que primero se comprime y luego se suelta, pero aquí todo está determinado por la lucha entre la energía de atracción y el desorden (entropía) que introduce el nudo.

Un anillo polimérico con un nudo se parece a una cadena de bicicleta con un candado. Mientras el candado está enganchado en un eslabón tenso, la cadena está estirada. Si se mueve el candado a un eslabón suelto, la cadena se afloja. Así también aquí: la posición del nudo dicta la forma general de la molécula.

Los nudos marineros que usan los navegantes tienen sus análogos en el mundo de las moléculas. Por ejemplo, el nudo de trébol, el nudo no trivial más simple, se encuentra en el ADN de algunos virus.

En la novela La era del diamante, de Neal Stephenson, se describen materiales inteligentes que se ensamblan a partir de bloques moleculares. Controlar los nudos en cadenas poliméricas es un paso hacia esas sustancias programables que cambian de forma bajo comando.

Científicos
Ludwig BoltzmannJames Clerk MaxwellRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingEdward Witten
Conceptos
recocido red kagome efecto Kondo nudos