单个粒子和分子的检测为分析化学、细胞成像、纳米材料和生物医学诊断开辟了新视野。传统的单分子检测方法严重依赖荧光技术，而荧光技术需要标记目标分子。

超灵敏光热显微镜技术可检测到小至5纳米的单个纳米粒子

相比之下，光热显微镜已成为一种有前途的无标记、非侵入式成像技术。该方法测量样品周围折射率的局部变化，这种变化是由样品成分吸收光引起的，从而引起周围区域的温度变化。回音壁模式(WGM)谐振器因其超高品质(Q)因子而成为超灵敏的温度传感器。

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由亚利桑那大学怀恩特光学科学学院和生物医学工程系的JudithSu教授领导的研究小组展示了使用微环WGM光学谐振器的无标记超灵敏光热显微镜。

该技术能够检测小至5纳米量子点的单个纳米粒子，信噪比(SNR)超过10,000。该方法显著提高了光热灵敏度，在散热方面实现了0.75pW的检测极限。这一进步使得能够精确检测单个分子，展示了光热显微镜的强大功能。

苏教授的研究小组之前开发了一种名为“频率锁定光学耳语衰减谐振器”(FLOWER)的系统，该系统利用频率锁定来跟踪光学微腔的谐振偏移。该光热显微镜系统采用FLOWER来测量光热信号。该系统测量由自由空间泵浦激光器激发的谐振偏移。

泵浦激光器具有203.7Hz振幅调制(AM)，通过振镜扫描系统照射微环。FLOWER检测到由此产生的203.7Hz共振位移振荡。锁定放大器用于测量共振位移振荡的振幅。泵浦激光器的2D空间扫描生成微环的光热图像，其中高光热点用于检测单个纳米颗粒。

研究人员展望了光热显微镜的潜力，并表示：“此外，未来的进步可能涉及通过改变泵浦激光的波长或用不同的波长激发来实现光谱测量，从而实现多色成像。在未来的工作中，虽然对于许多应用来说不是必需的，但我们还可以将该系统与特定的捕获剂(如适体或吸附剂聚合物)相结合，以提供增强的特异性。

“光热显微镜与FLOWER的结合为实时观察目标分子的动态变化和相互作用提供了可能性。我们认为，总体而言，基于FLOWER的光热显微镜代表了一种用于无标记成像和单分子检测的多功能平台。所展示的高灵敏度和鉴别能力为纳米级成像和表征技术的进步铺平了道路。”