Detekcija pojedinačnih čestica i molekula otvorila je nove horizonte u analitičkoj hemiji, ćelijskom imidžingu, nanomaterijalima i biomedicinskoj dijagnostici. Tradicionalne metode detekcije jednog molekula se u velikoj meri oslanjaju na tehnike fluorescencije, koje zahtevaju obeležavanje ciljnih molekula.
Nasuprot tome, fototermalna mikroskopija se pojavila kao obećavajuća, neinvazivna tehnika snimanja bez etiketa. Ovaj metod meri lokalizovane varijacije u indeksu prelamanja okoline uzorka, koje su rezultat apsorpcije svetlosti komponentama uzorka, što izaziva promene temperature u okolnom regionu. Rezonatori u režimu šapaće galerije (VGM) su ultra-osetljivi temperaturni senzori zbog svojih ultra-visokih (Q) faktora.
U novom radu objavljenom u časopisu Svetlo: nauka i aplikacije, istraživačka grupa koju je predvodila prof. Judith Su sa Viant College of Optical Sciences i Odeljenja za biomedicinsko inženjerstvo na Univerzitetu Arizona demonstrirala je ultra-osetljivu fototermalnu mikroskopiju bez etiketa koristeći mikrotoroid VGM optički rezonatori.
Ova tehnika omogućava detekciju pojedinačnih nanočestica malih kvantnih tačaka od 5 nm sa odnosom signal-šum (SNR) većim od 10.000. Ovaj metod značajno poboljšava fototermalnu osetljivost, postižući granicu detekcije od 0,75 pV u disipaciji toplote. Ovaj napredak omogućava precizno otkrivanje pojedinačnih molekula, pokazujući mogućnosti fototermalne mikroskopije.
Su-ova grupa je prethodno razvila sistem pod nazivom Frekuenci Locked Optical Vhispering Evanescent Resonator (FLOVER), koji koristi zaključavanje frekvencije za praćenje pomeranja rezonancije optičkih mikrošupljina. Ovaj fototermalni mikroskopski sistem koristi FLOVER za merenje fototermalnog signala. Sistem meri pomeranje rezonancije, pobuđeno laserom sa pumpom u slobodnom prostoru.
Laser pumpe, sa amplitudnom modulacijom od 203,7 Hz (AM), osvetljava mikrotoroid kroz sistem za skeniranje galvo ogledala. Rezultujuća oscilacija pomeranja rezonancije od 203,7 Hz detektuje CVET. Za merenje amplitude oscilacije rezonantnog pomeranja koristi se pojačavač sa zaključavanjem. 2D prostorno skeniranje lasera pumpe generiše fototermalnu sliku mikrotoroida, sa visokim fototermalnim tačkama koje se koriste za detekciju pojedinačnih nanočestica.
Istraživači predviđaju potencijal fototermalne mikroskopije i kažu: „Štaviše, budući napredak može uključivati spektroskopska merenja variranjem talasne dužine lasera pumpe ili uzbudljivim različitim talasnim dužinama kako bi se omogućilo višebojno snimanje. U budućem radu, iako to nije neophodno za mnoge aplikacije, možemo takođe kombinuju ovaj sistem sa specifičnim agensima za hvatanje kao što su aptameri ili sorbentni polimeri da bi se obezbedila poboljšana specifičnost.
„Integracija fototermalne mikroskopije sa FLOVER-om otvara mogućnosti za posmatranje dinamičkih promena i interakcija ciljnih molekula u realnom vremenu. Verujemo da sveukupno, fototermalna mikroskopija zasnovana na FLOVER-u predstavlja raznovrsnu platformu za snimanje slika bez etiketa i detekciju jednog molekula. visoka osetljivost i sposobnost diskriminacije utiru put za napredak u tehnikama snimanja i karakterizacije nanorazmera.“
