La microscopía óptica fototérmica / "microscopía fototérmica de partículas individuales" es una técnica que se basa en la detección de marcadores no fluorescentes . Se basa en las propiedades de absorción de los marcadores ( nanopartículas de oro , nanocristales semiconductores , etc.), y se puede realizar en un microscopio convencional utilizando un haz de calentamiento modulado resonante, un haz de sonda no resonante y detección de bloqueo de señales fototérmicas de una sola nanopartícula . Es la extensión de la espectroscopia fototérmica macroscópica al dominio nanoscópico. La alta sensibilidad y selectividad de la microscopía fototérmica permite incluso la detección de moléculas individuales por su absorción. Similar a la espectroscopia de correlación de fluorescencia (FCS), la señal fototérmica se puede registrar con respecto al tiempo para estudiar las características de difusión y advección de las nanopartículas absorbentes en una solución. Esta técnica se llama espectroscopia 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 están alineados coaxialmente y superpuestos utilizando un espejo dicroico . Ambos haces se enfocan sobre una muestra, normalmente a través de un objetivo de microscopio de iluminación de alta apertura numérica, y se recogen utilizando un objetivo de microscopio de detección. El haz transmitido así colimado se proyecta entonces sobre un fotodiodo después de filtrar el haz de calentamiento. La señal fototérmica es entonces el cambio en la potencia del haz de sonda transmitido debido al láser de calentamiento. Para aumentar la relación señal-ruido se puede utilizar una técnica de bloqueo. Con este fin, 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 entonces en la misma frecuencia. Para mediciones cuantitativas, la señal fototérmica se puede normalizar a la potencia detectada de fondo (que normalmente es mucho mayor que el cambio ), definiendo así la señal fototérmica relativa.
La base física de la señal fototérmica en el esquema de detección de transmisión es la acción de lente del perfil de índice de refracción que se crea tras la absorción de la potencia del láser de calentamiento por la nanopartícula. La señal es homodina en el sentido de que una señal de diferencia de estado estable explica el mecanismo y la autointerferencia del campo disperso hacia adelante con el haz transmitido corresponde a una redistribución de energía como se espera para una lente simple. La lente es una partícula GRIN (índice de refracción de Gadient) determinada por el perfil de índice de refracción 1/r establecido debido al perfil de temperatura de fuente puntual alrededor de la nanopartícula. Para una nanopartícula de radio incrustada en un medio homogéneo de índice de refracción con un coeficiente termorrefractivo, el perfil de índice de refracción se lee:
en el que el contraste de la lente térmica está determinado por la sección transversal de absorción de la nanopartícula en la longitud de onda del haz de calentamiento, la intensidad del haz de calentamiento en el punto de la partícula y la conductividad térmica del medio de incrustación a través de . Aunque la señal se puede explicar bien en un marco de dispersión, la descripción más intuitiva se puede encontrar mediante una analogía intuitiva con la dispersión de Coulomb de los paquetes de ondas en la física de partículas.
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 están alineados coaxialmente y superpuestos utilizando un espejo dicroico . Ambos haces se enfocan sobre una muestra, normalmente a través de un objetivo de microscopio de iluminación de alta apertura numérica. Alternativamente, el haz de sondeo puede desplazarse lateralmente con respecto al haz de calentamiento. La potencia del haz de sondeo retrorreflejada se proyecta entonces sobre un fotodiodo y el cambio inducido por el haz de calentamiento proporciona la señal fototérmica.
La detección es heterodina en el sentido de que el campo disperso del haz de sonda por la lente térmica interfiere en dirección hacia atrás con una parte retrorreflejada bien definida del haz de sonda de incidencia.
