Conforme COVID-19 varreu o mundo este ano, reivindicando centenas de milhares de vidas, rapidamente ficou claro que um fator essencial para controlar sua propagação é a capacidade de testar com rapidez e precisão o vírus que o está causando, SARS-CoV-2, bem como os anticorpos que produz.

Agora, cientistas da Universidade do Novo México e da Universidade Autônoma de Madrid (UAM), na Espanha, publicaram um novo estudo que, segundo eles, pode contribuir para testes mais rápidos e eficazes de vírus como o SARS-CoV-2. Trabalho deles, intitulado "Super- and Subradient Lattice Resonances in Bipartite Nanoparticle Arrays, "foi publicado no jornal ACS Nano .

Liderado pelo Professor Assistente Alejandro Manjavacas do Grupo Teórico de Nanofotônica do Departamento de Física e Astronomia da UNM, e Antonio Fernańdez-Domínguez da UAM, o trabalho cai sob o domínio da nanofotônica, o campo que estuda as interações entre a luz e objetos que têm tamanhos da ordem de centenas de nanômetros. Para referência, a espessura de um cabelo humano é de aproximadamente 40, 000 nm, enquanto o tamanho do vírus que causa COVID-19 é 125 nm.

Muitas aplicações da nanofotônica, incluindo biossensibilização ultrassensível, que é necessário para detectar vírus como o SARS-CoV-2, e lasing em nanoescala, que pode ser usado para produzir luz coerente de uma cor desejada, dependem de sistemas que respondem apenas a uma gama muito estreita de cores, ou, em outras palavras, comprimentos de onda de luz. Uma maneira de projetar sistemas com respostas espectralmente estreitas como este é aproveitar as interações coletivas entre uma coleção de nanopartículas metálicas, estruturas minúsculas com dimensões em nanoescala, organizado de uma forma ordenada chamada de matriz periódica.

No estudo, os pesquisadores analisaram especificamente matrizes periódicas que contêm nanopartículas de dois tamanhos diferentes, em vez de arranjos mais comuns que apresentam outros completamente uniformes.

"A interação entre as duas nanopartículas diferentes dá origem a respostas ainda mais estreitas do que matrizes com partículas de apenas um tamanho, "diz Alvaro Cuartero-González, um estudante de graduação da UAM e principal autor do artigo. "E, como um bônus adicional, torna-os mais robustos às imperfeições de fabricação, portanto, matrizes com a resposta desejada podem ser criadas mais facilmente em laboratórios. "

Essa maior robustez pode fazer uma enorme diferença quando se trata de produção em massa de testes ou outros dispositivos que exploram a resposta óptica desses sistemas.

Este trabalho emocionante envolveu uma combinação de cálculos semi-analíticos e simulações numéricas rigorosas, realizado através da colaboração sinérgica de três alunos de pós-graduação Cuartero-González, que visitou a UNM entre setembro de 2019 e fevereiro de 2020, bem como Stephen Sanders e Lauren Zundel, ambos do Departamento de Física e Astronomia da UNM.

"Nossas previsões semianalíticas fornecem uma visão sobre a física por trás de nossos resultados, enquanto os cálculos numéricos ajudaram a confirmar sua validade, "disse Sanders sobre o trabalho." A chave para entender a robustez do sistema vem de nossos cálculos para sistemas finitos, "acrescentou Zundel.

“Combinar a expertise dos dois grupos foi fundamental para o sucesso desse trabalho, "disse Manjavacas sobre a colaboração.

Fernández-Domínguez concorda, adicionando, "Espero que este seja apenas o começo de muitos esforços de colaboração entre nós."