49、闪烁分子追踪：高效可靠的新方法

闪烁分子追踪：高效可靠的新方法

在生物学和材料科学领域，实时观察单个荧光分子为系统动力学研究带来了新的视角。然而，单分子追踪面临着诸多挑战，如荧光信号弱、信噪比低、信号强度变化大以及分子闪烁等问题，这使得许多传统的单粒子追踪算法在单分子追踪中失效。本文将介绍一种用于追踪闪烁分子的新方法，该方法能够快速且可靠地全局优化分子位置之间连接的可能性。

单分子追踪的挑战与流程

实时观察单个荧光分子为生物学和材料科学中的系统动力学研究开辟了新的视野。单分子显微镜（SMM）允许在合理低浓度下并行观察许多单个荧光分子的平移和旋转运动，突破了衍射极限。然而，单分子追踪面临着诸多挑战，荧光斑点较弱，信噪比低，信号强度变化显著，极端情况下，荧光分子会在多个记录帧中变暗，即出现闪烁现象。

从记录的单分子显微镜电影到得出分子运动结果，通常包括以下步骤：
1. 确定每个荧光分子的位置 ：如今，单分子位置最常使用质心或高斯拟合来确定，对于信噪比约为4的情况，高斯拟合是最佳选择。通常在实际定位之前，会使用各种滤波器（如墨西哥帽滤波器）对图像进行预处理。
2. 将位置连接成单分子轨迹 ：不同的连接方法已经被开发出来，但目前仍难以开发出适用于通用问题集的算法。
3. 对这些轨迹进行统计分析 ：最常见的方法是分析不同时间间隔的均方位移，它可以区分不同的运动模式，如正常扩散、异常扩散、受限扩散、漂移和主动运输。

以往方法回顾

在单分子追踪领域，过去已经开发了多种方法，各有其特点和局限性：
1. 早期连接方法