纳米光子学的新进展有可能改善基于光的生物传感器

随着今年 席卷全球，夺去了数十万人的生命，人们很快意识到，控制其传播的一个重要因素是能够快速准确地检测导致它的病毒 SARS-CoV-2，以及它产生的抗体。

现在，新墨西哥大学和西班牙马德里自治大学 (UAM) 的科学家们发表了一项新研究，他们说这有助于更快、更有效地检测 SARS-CoV-2 等病毒。他们的研究成果发表在ACS Nano杂志上，题为“Bipartite Nanoparticle Arrays 中的超和亚辐射晶格共振” 。

在 UNM 物理与天文学系理论纳米光子学组的助理教授 Alejandro Manjavacas 和来自 UAM 的 Antonio Fernańdez-Domínguez 的领导下，这项工作属于纳米光子学领域，该领域研究光与大小物体之间的相互作用几百纳米的数量级。作为参考，人类头发的厚度约为 40,000 纳米，而导致 的病毒的大小为 125 纳米。

纳米光子学的许多应用，包括检测 SARS-CoV-2 等病毒所需的超灵敏生物传感，以及可用于产生所需颜色的相干光的纳米级激光，都依赖于仅对非常窄范围做出响应的系统颜色，或者换句话说，光的波长。设计具有像这样的光谱窄响应的系统的一种方法是利用金属纳米颗粒集合之间的集体相互作用，这些纳米颗粒具有纳米级尺寸的微小结构，以称为周期阵列的有序方式排列。

在这项研究中，研究人员专门研究了包含两种不同尺寸纳米粒子的周期性阵列，而不是更常见的具有完全均匀排列的排列。

“与只有一种尺寸的颗粒阵列相比，两种不同纳米颗粒之间的相互作用会产生更窄的响应，”来自 UAM 的研究生、该论文的第一作者 Alvaro Cuartero-González 说。“而且，作为一个额外的好处，它使它们对制造缺陷更加稳健，因此可以更轻松地在实验室中构建具有所需响应的阵列。”

当涉及到利用这些系统的光学响应的​​测试或其他设备的批量生产时，这种增强的鲁棒性可以产生巨大的差异。

这项激动人心的工作涉及半解析计算和严格数值模拟的结合，通过 2019 年 9 月至 2020 年 2 月访问纽约大学的三位研究生 Cuartero-González 以及 Stephen Sanders 和 Lauren Zundel 的协同合作进行来自UNM物理和天文学系。

“我们的半分析预测让我们深入了解结果背后的物理学，而数值计算有助于确认其有效性，”桑德斯谈到这项工作时说。“了解系统稳健性的关键来自我们对有限系统的计算，”Zundel 补充道。

“将两个小组的专业知识结合起来对这项工作的成功至关重要，”曼贾瓦卡斯谈到合作时说。

Fernández-Domínguez 对此表示赞同，并补充说：“我希望这只是我们之间许多合作努力的开始。”

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