A medida que COVID-19 se extendió por todo el mundo este año, reclamando cientos de miles de vidas, Rápidamente se hizo evidente que un factor esencial para controlar su propagación es la capacidad de realizar pruebas rápidas y precisas para detectar el virus que lo causa. SARS-CoV-2, así como los anticuerpos que produce.

Ahora, Científicos de la Universidad de Nuevo México y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) en España han publicado un nuevo estudio que dicen podría contribuir a pruebas más rápidas y efectivas para virus como el SARS-CoV-2. Su trabajo, titulado "Resonancias de celosía superradiente y subradiente en matrices de nanopartículas bipartitas, "fue publicado en la revista ACS Nano .

Dirigido por el Profesor Asistente Alejandro Manjavacas del Grupo Teórico de Nanofotónica del Departamento de Física y Astronomía de la UNM, y Antonio Fernańdez-Domínguez de la UAM, el trabajo cae en el ámbito de la nanofotónica, el campo que estudia las interacciones entre la luz y los objetos que tienen tamaños del orden de cientos de nanómetros. Para referencia, el grosor de un cabello humano es aproximadamente 40, 000 nm, mientras que el tamaño del virus que causa COVID-19 es de 125 nm.

Muchas aplicaciones de la nanofotónica, incluyendo biosensores ultrasensibles, que se necesita para detectar virus como el SARS-CoV-2, y láser a nanoescala, que se puede utilizar para producir una luz coherente de un color deseado, confiar en sistemas que solo responden a una gama muy estrecha de colores, o, en otras palabras, longitudes de onda de luz. Una forma de diseñar sistemas con respuestas espectralmente estrechas como esta es aprovechar las interacciones colectivas entre una colección de nanopartículas metálicas, estructuras diminutas con dimensiones a nanoescala, dispuestas en una forma ordenada llamada matriz periódica.

En el estudio, los investigadores observaron específicamente matrices periódicas que contienen nanopartículas de dos tamaños diferentes, en lugar de arreglos más comunes que presentan otros completamente uniformes.

"La interacción entre las dos nanopartículas diferentes da lugar a respuestas aún más estrechas que las matrices con partículas de un solo tamaño, "dice Álvaro Cuartero-González, estudiante de posgrado de la UAM y autor principal del artículo. "Y, como un bono adicional, los hace más robustos a las imperfecciones de fabricación, para que las matrices con la respuesta deseada se puedan construir más fácilmente en los laboratorios ".

Esta mayor robustez puede marcar una enorme diferencia cuando se trata de la producción en masa de pruebas u otros dispositivos que aprovechan la respuesta óptica de estos sistemas.

Este emocionante trabajo involucró una combinación de cálculos semi-analíticos y rigurosas simulaciones numéricas, realizado a través de la colaboración sinérgica de tres estudiantes graduados Cuartero-González, que visitaron la UNM entre septiembre de 2019 y febrero de 2020, así como Stephen Sanders y Lauren Zundel, ambos del Departamento de Física y Astronomía de la UNM.

"Nuestras predicciones semi-analíticas brindan información sobre la física detrás de nuestros resultados, mientras que los cálculos numéricos ayudaron a confirmar su validez, ", dijo Sanders sobre el trabajo." La clave para comprender la solidez del sistema proviene de nuestros cálculos para sistemas finitos, "añadió Zundel.

"Combinar la experiencia de los dos grupos fue fundamental para el éxito de este trabajo, "dijo Manjavacas de la colaboración.

Fernández-Domínguez está de acuerdo, agregando, "Espero que este sea solo el comienzo de muchos esfuerzos de colaboración entre nosotros".