(a) ước tính về vị trí của một hạt khuếch tán (chấm xanh) .Các vị trí hạt thực được thể hiện như những dấu cộng màu đỏ. Các vòng tròn màu xám bóng mờ tương ứng với độ chính xác của vị trí. (b) các hình ảnh đại diện của một bộ phim SPT trong đó có vài hạt huỳnh quang và mô tả sơ đồ của các nguyên tắc của thuật toán liên kết vị trí.
Trong khi các vị trí là tương đối thưa thớt có thể dễ dàng kết nối lại (hình chóp màu xanh ngọc), phải dự tính các thuật toán khả năng để tính toán với sự xuất hiện hạt là không
rõ ràng phát sinh từ các vị trí gần nhau (tế bào hình nón màu vàng / cam), các hạt nhấp nháy khi xuất hiện sẽ bị biến mất (nón màu xám) và dẫn đến không xác định được vị trí (đường màu xám).
Trong trường hợp đơn giản của mật độ phát quang thấp, cách xác định vị trí có thể được thực hiện tự động bằng cách định vị các điểm có cường độ với khoảng cách gần nhất (Hình 1.6 (a)). Đối với mỗi hạt được định vị trong một frame nhất định, khoảng cách với tất cả các vị trí thu được trong khung tiếp theo được tính toán tương ứng. Sự xác định vị trí cho thấy khoảng cách tối thiểu được chọn là sự xuất hiện nhiều khả năng của hạt giống trong khung hình kế tiếp và được liên kết với nhau. Lặp lại quy trình này trên tất cả các hạt và tất cả các khung hình cuối cùng cung cấp cho ta các quỹ đạo được xây dựng lại. Tuy nhiên, điều kiện thí nghiệm thường xuyên cản trở thiết lập này từ sự phân tích đáng tin cậy (Hình 1.6 (b)). Một thách thức đầu tiên được đặt ra bởi những khả năng mà các hạt bị biến mất hoặc tạm thời biến mất do nhấp nháy. Các tiêu chí để ngăn chặn sự tái tạo quỹ đạo khi không có vị trí chính xác được tìm thấy trong một khoảng cách nhất định. Đối với lý do tương tự, một hạt có thể (lại) xuất hiện ở bất kỳ khung được trong quá trình ghi. Do đó, quá trình liên kết phải đối phó với những hiện tượng này và có khả năng khoảng cách đóng lại do nguồn gốc từ hạt nhấp nháy và / hoặc xác định lỗi vị trí. Ở mật độ cao, độ phức tạp tăng thêm nữa bởi khả năng của các hạt qua mỗi ảnh và không rõ ràng có thể phát sinh khi tham gia xác định vị trí. Để tính toán cho những vấn đề này, các thuật toán đã được phát triển để thiết lập lớn nhất của thông tin và cung cấp theo dõi đáng tin cậy. Nhiều cách tiếp cận bao gồm theo dõi đa hạt, nghĩa là tất cả các quỹ đạo đồng thời được xây dựng và tối ưu về sự va chạm giữa các hạt.
(3). Phân tích và giải thích quỹ đạo
Sau khi quá trình xử lý dữ liệu của SPT được thực hiện và thu được các quỹ đạo đã hoàn thành, bước cuối cùng bao gồm việc phân tích quỹ đạo, kiểm tra động lực học hạt và mô tả chúng theo kiểu chuyển động và định lượng các tham số khác nhau. Cách tiếp cận phổ biến nhất để phân tích các quỹ đạo phân tử đơn bao gồm việc tính toán độ dịch chuyển bình phương trung bình (MSD), mô tả phạm vi trung bình của không gian được phát hiện
tọa độ vị trí xj = {xj, yj, zj} được lấy mẫu tại N lần rời rạc mΔt, MSD cho một quỹ đạo đơn được tính như sau:
MSD(tlag=mΔt)= 1
𝑁−𝑚∑𝑁−𝑚𝑖=1 [𝑥𝑗(𝑡𝑖+ 𝑚∆𝑡) −𝑥𝑗(𝑡𝑖)]2 (1.13)
Một ví dụ về cách thực hiện tính toán MSD được cung cấp trong hình 1.7 (a) và (b) cho trường hợp 2D. Cần lưu ý rằng MSD trong phương trình (1.13) được tính toán với giả thiết về sự tương đương của các chuyển vị tại các thời điểm khác nhau và do đó nó đại diện cho thời gian trung bình.