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Un equipo internacional, dirigido por la Universidad Tecnológica de Swinburne y la Universidad Nacional de Australia (ANU), ha realizado un descubrimiento innovador que podría dar lugar a pruebas moleculares o de virus más rápidas y precisas, entre ellas la del COVID-19.
Los investigadores se inspiraron en la forma en que se concentra la luz en las alas de las mariposas y han descubierto una nueva forma de concentrar la luz en un chip, lo que tiene un gran potencial para la detección molecular o de virus.
El equipo está codirigido por el director del Centro de Atomateriales Traslacionales de Swinburne, el profesor Baohua Jia, y el jefe del Centro de Física No Lineal de la ANU, el distinguido profesor Yuri Kivshar. Juntos han resuelto uno de los retos más persistentes en el estudio y la ingeniería de la luz a nanoescala (conocido como nanofotónica): el aumento del campo luminoso a nanoescala. Básicamente, cómo producir una enorme energía lumínica a una escala minúscula.
Su descubrimiento permite crear chips sensores ultracompactos. Estos tienen el tamaño de 100 micras (para contextualizar, eso es el tamaño de un mechón de tu pelo) con una sensibilidad sin precedentes para detectar patógenos.
Aportan enormes ventajas, como una detección molecular más rápida y precisa en la sangre y la saliva. Esto mejoraría enormemente nuestra capacidad de análisis y seguimiento de los virus, reduciendo la posibilidad de transmisión comunitaria de los virus contagiosos. Y también podría desempeñar un papel importante en la salud preventiva al revolucionar la forma de detectar los excedentes de azúcar y otras anomalías en la sangre.
Las alas de las mariposas, que han inspirado el avance, están formadas por miles de capas de escamas diminutas. Cuando la luz incide en un ala de mariposa, viaja a través de esas capas, y cada una de ellas tiene un efecto concentrador.
"Siempre debemos aprender de la naturaleza. En este trabajo, la innovación inspirada en la naturaleza crea la solución a este reto", afirma el distinguido profesor Yuri Kivshar, de la ANU, que codirigió la investigación con el profesor Baohua Jia, de Swinburne.
Así pues, los investigadores se pusieron a trabajar en el diseño y la fabricación de un chip nanofotónico que imitaba la estructura de un ala de mariposa Bicyclus. La nanoimpresión láser en 3D se llevó a cabo en el Centro de Diseño y Fabricación Avanzada de Swinburne. Con el chip en la mano, depositaron una muestra de prueba en la parte superior y descubrieron que habían logrado lo imposible: habían descubierto una forma de manipular el espacio y el tiempo para concentrar la luz con precisión a su antojo.
Como la luz concentrada tiene la capacidad de captar menos células patógenas, todo puede reducirse: los tiempos de espera, el tamaño de las muestras y los materiales de prueba. Al haber menos residuos, también se gana en sostenibilidad.
"Creemos que este avance aportará nuevas posibilidades y oportunidades en todo este campo", añade el Dr. Yao Liang, primer autor de este estudio.
"Estamos contentos de haber hecho la "misión imposible" en este campo", dice el Dr. Han Lin.
"Estamos deseando desarrollar más aplicaciones basadas en esta tecnología en un futuro próximo", añade el profesor Baohua Jia.
Fuentes, créditos y referencias:
Yao Liang et al, Hybrid anisotropic plasmonic metasurfaces with multiple resonances of focused light beams, Nano Letters (2021). DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02751