Mentre quest'anno il COVID-19 si è diffuso in tutto il mondo, reclamando centinaia di migliaia di vite, è diventato subito chiaro che un fattore essenziale per controllarne la diffusione è la capacità di testare rapidamente e accuratamente il virus che lo causa, SARS-CoV-2, così come gli anticorpi che produce.

Ora, scienziati dell'Università del New Mexico e dell'Università Autonoma di Madrid (UAM) in Spagna hanno pubblicato un nuovo studio che secondo loro potrebbe contribuire a test più rapidi ed efficaci per virus come SARS-CoV-2. Il loro lavoro, intitolato "Risonanze reticolari super e subradienti in array di nanoparticelle bipartite, " è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano .

Guidato dall'assistente professore Alejandro Manjavacas del Theoretical Nanophotonics Group del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UNM, e Antonio Fernańdez-Domínguez dell'UAM, il lavoro rientra nel regno della nanofotonica, il campo che studia le interazioni tra luce e oggetti che hanno dimensioni dell'ordine delle centinaia di nanometri. Per riferimento, lo spessore di un capello umano è di circa 40, 000 miglia nautiche, mentre la dimensione del virus che causa il COVID-19 è di 125 nm.

Molte applicazioni della nanofotonica, compreso il biorilevamento ultrasensibile, che è necessario per rilevare virus come SARS-CoV-2, e laser su scala nanometrica, che può essere utilizzato per produrre luce coerente di un colore desiderato, fare affidamento su sistemi che rispondono solo a una gamma di colori molto ristretta, o, in altre parole, lunghezze d'onda della luce. Un modo per progettare sistemi con risposte spettrali come questo è sfruttare le interazioni collettive tra una raccolta di nanoparticelle metalliche, minuscole strutture di dimensioni nanometriche, disposti in modo ordinato chiamato array periodico.

Nello studio, i ricercatori hanno specificamente esaminato array periodici che contengono nanoparticelle di due diverse dimensioni, piuttosto che accordi più comuni che presentano quelli completamente uniformi.

"L'interazione tra le due diverse nanoparticelle dà luogo a risposte ancora più ristrette rispetto agli array con particelle di una sola dimensione, "dice Alvaro Cuartero-González, uno studente laureato dell'UAM e autore principale dell'articolo. "E, come bonus aggiuntivo, li rende più resistenti alle imperfezioni di fabbricazione, in modo che gli array con la risposta desiderata possano essere costruiti più facilmente nei laboratori."

Questa maggiore robustezza può fare un'enorme differenza quando si tratta di produzione in serie di test o altri dispositivi che sfruttano la risposta ottica di questi sistemi.

Questo entusiasmante lavoro ha comportato una combinazione di calcoli semi-analitici e rigorose simulazioni numeriche, realizzato attraverso la collaborazione sinergica di tre dottorandi Cuartero-González, che hanno visitato UNM tra settembre 2019 e febbraio 2020, così come Stephen Sanders e Lauren Zundel, entrambi dal Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UNM.

"Le nostre previsioni semi-analitiche forniscono informazioni sulla fisica alla base dei nostri risultati, mentre i calcoli numerici hanno aiutato a confermare la loro validità, " ha detto Sanders a proposito del lavoro. "La chiave per comprendere la robustezza del sistema deriva dai nostri calcoli per i sistemi finiti, "aggiunse Zundel.

"La combinazione delle competenze dei due gruppi è stata essenziale per il successo di questo lavoro, " ha detto Manjavacas della collaborazione.

Fernández-Domínguez è d'accordo, aggiungendo, "Spero che questo sia solo l'inizio di molti sforzi di collaborazione tra di noi".