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UPVi012
Propiedades nano-mecánicas del SARS-CoV-2 mediante acoplo a cavidades optomecánicas con frecuencias de vibración > 2 GHz integradas en chips de silicio.

Las nanopartículas biológicas, como proteínas, virus o bacterias, presentan vibraciones mecánicas a frecuencias inversamente proporcionales a su tamaño. Del mismo modo que midiendo las vibraciones de la materia en la escala de terahercios (mediante espectroscopia Raman o de infrarrojos) podemos obtener información sobre se composición química, midiendo las vibraciones de las nanopartículas podríamos conocer más detalles sobre sus propiedades biológicas así como su comportamiento. Esta idea puede tener una particular relevancia en el contexto actual, donde un objetivo primordial es conocer al máximo todas las propiedades físicas y químicas del virus SARS-Cov-2, causante de la enfermedad Covid-19. Así, el conocer las propiedades mecánicas de este virus nos podría ayudar a entender mejor como se propaga (al ser exhalado, por ejemplo) o cómo se “pega” a las células, por no mencionar el hecho de que nos permitiría diferenciarlo de otros coronavirus similares.
En un reciente estudio realizado por el grupo del CSCI “Bionanomechanics Lab” publicado en la revista Nature Nanotechnology se mostraba un logro de gran relevancia: el acoplo mecánico de una bacteria aislada a un resonador optomecánico (un disco de semiconductor) (1). Ambas estructuras pueden ser consideradas resonadores mecánicos a frecuencias en torno a 550 MHz, de forma que, al ligarse, los modos mecánicos se hibridan y podemos conocer experimentalmente las propiedades mecánicas de la bacteria. El mismo grupo sugiere que algo similar puede hacerse con un virus, aunque en ese caso las frecuencias de vibración sería al menos un orden de magnitud mayores, dado que un virus es mucho más pequeño que una bacteria. Sin embargo, su oscilador optomecánico no permite llegar a frecuencias tan altas (están limitados a 1 GHz aproximadamente), porque no sería posible usarlo para el estudio de virus.
En el Centro de Tecnología Nanofotónica (https://ntc.webs.upv.es/) de la UPV tenemos experiencia en el diseño, fabricación y caracterización experimental de resonadores optomecánicos con frecuencias de resonancia mecánica a partir de 2 GHz, llegando incluso a los 20 GHz (2). Estos resonadores han sido realizados dentro de los proyectos europeos PHENOMEN, THOR y SIOMO, financiados dentro de Horizonte 2020. Aunque los estamos usando en otras aplicaciones, la idea de acoplarlos a un virus como el SARS-CoV-2 proporcionaría una vía científica totalmente novedosa para estudiar las propiedades mecánicas de este último. Un aspecto clave de estos resonadores es que son de tamaño nanométrico y se pueden fabricar a gran escala y bajo coste en tecnología fotónica de silicio.
Nuestra idea es comenzar con un estudio mecánico del SARS-CoV-2, conociendo sus frecuencias de vibración y sus modos mecánicos fundamentales. Una vez hecho este estudio, diseñaríamos una cavidad para esas frecuencias de resonancia y estudiaríamos su acoplo, lo que nos permitiría indagar sobre la naturaleza mecánica del virus. Esto serviría de base para un proyecto de más envergadura donde pudiésemos realizar el estudio experimental del sistema completo virus + resonador optomecánico que nos permitiese obtener las propiedades mecánicas del SARS-CoV-2.



Centro médico o biomédico que pueda aportar conocimientos en propiedades mecánicas de virus y otras nanopartículas biológicas.

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