物理。版本E 82，011917（2010）-基于摄像头的单粒子跟踪统计

基于摄像机的单粒子跟踪统计

安德鲁·J·伯格伦德

物理。版本E82，011917–2010年7月22日出版

摘要

基于摄像头的单粒子跟踪可以定量测定传输特性，并提供有关材料特性（如粘度和弹性）的纳米信息。然而，静态定位噪声和粒子位置在相机积分时间内的模糊会在测量结果中引入伪影，即使粒子执行简单扩散。基于均方位移的常用数据分析方法无法正确解释这些影响。在本文中，我们分析了在现实实验场景中自由扩散粒子的跟踪数据的统计数据。我们针对扩散系数和定位噪声的大小以及相应的Fisher信息导出了一个方便且渐近最优的最大似然估计量，它限制了所有无偏估计量的性能。我们发现，在相机积分时间内改变照明轮廓的效果由运动模糊系数量化， $对$ 我们还发现，在一些常见的实验场景中，双脉冲照明序列可以最大化信息内容。我们的结果为实现基于摄像机的单粒子跟踪的最佳性能提供了严格的理论框架和实用的实验配方。