Microscopía óptica fototérmica

La microscopía óptica fototérmica , o "microscopía fototérmica de partícula única", es una técnica basada en la detección de marcadores no fluorescentes . Se basa en las propiedades de absorción de los marcadores ( nanopartículas de oro , nanocristales semiconductores , etc.) y puede realizarse en un microscopio convencional utilizando un haz de calentamiento modulado resonante, un haz de sonda no resonante y detección síncrona de señales fototérmicas de una sola nanopartícula . Representa la extensión de la espectroscopía fototérmica macroscópica al dominio nanoscópico. La alta sensibilidad y selectividad de la microscopía fototérmica permite incluso la detección de moléculas individuales mediante su absorción. De forma similar a la espectroscopía de correlación de fluorescencia (FCS), la señal fototérmica puede registrarse en función del tiempo para estudiar las características de difusión y advección de las nanopartículas absorbentes en una solución. Esta técnica se denomina espectroscopía de correlación fototérmica (PhoCS).

En este esquema de detección se emplea un microscopio de transmisión de escaneo láser o de muestra convencional. Tanto el haz láser de calentamiento como el de sondeo se alinean coaxialmente y se superponen mediante un espejo dicroico . Ambos haces se enfocan sobre una muestra, generalmente mediante un objetivo de microscopio de iluminación de alta apertura numérica (NA), y se recogen utilizando un objetivo de microscopio de detección. El haz transmitido así colimado se proyecta sobre un fotodiodo después de filtrar el haz de calentamiento. La señal fototérmica es entonces el cambio${\displaystyle \Delta }$en la potencia del haz de sonda transmitido${\displaystyle P_{d}}$debido al láser de calentamiento. Para aumentar la relación señal-ruido, se puede utilizar una técnica de detección síncrona. Para ello, el haz láser de calentamiento se modula a una alta frecuencia del orden de MHz y la potencia del haz de sonda detectado se demodula a la misma frecuencia. Para mediciones cuantitativas, la señal fototérmica se puede normalizar con respecto a la potencia de fondo detectada.${\displaystyle P_{d,0}}$(que suele ser mucho mayor que el cambio)${\displaystyle \Delta P_{d}}$), definiendo así la señal fototérmica relativa${\displaystyle \Phi }$

${\displaystyle \Phi ={\frac {\Delta P_{d}}{P_{d,0}}}={\frac {P_{d}\left({\text{heating beam on}}\right)-P_{d}\left({\text{heating beam off}}\right)}{P_{d}\left({\text{background, no particle}}\right)}}}$

En este sistema de detección se emplea un microscopio de transmisión convencional con escaneo de muestras o escaneo láser. Tanto el haz láser de calentamiento como el de sondeo se alinean coaxialmente y se superponen mediante un espejo dicroico . Ambos haces se enfocan sobre una muestra, generalmente a través de un objetivo de microscopio de iluminación de alta apertura numérica (NA). Alternativamente, el haz de sondeo puede desplazarse lateralmente con respecto al haz de calentamiento. La potencia del haz de sondeo retroreflejado se proyecta sobre un fotodiodo y el cambio inducido por el haz de calentamiento proporciona la señal fototérmica.