从个体短粒子轨迹检测扩散各向异性
介观与纳米尺度物理
2024-05-22 v2 统计力学
生物物理
摘要
随着微观成像技术的进步，生物学和材料科学领域已将重点放在基于粒子的扩散行为精确提取其特性上。尽管大多数现实世界中的粒子表现出各向异性，但对其行为的研究少于各向同性粒子。在本研究中，我们引入一种新方法，在最大似然框架的基础上，利用短轨迹数据估计个体各向异性粒子的扩散系数。传统估计技术通常使用均方位移（MSD）值或其他本质上会去除角度信息的统计量。相反，我们将角度视为潜变量，并使用置信传播对其进行估计，同时利用期望最大化算法最大化似然。正如涉及细菌和量子棒的数值模拟和实验数据所证实的那样，与传统方法相比，该方法有助于更好地估计较短的轨迹和更快的旋转。此外，我们对各向异性的可检测性极限进行了分析研究，并为实验设计提供了指导。除了作为分析复杂系统的有力工具外，所提出的方法还将为将最大似然方法应用于更复杂的扩散现象铺平道路。
引用
@article{arxiv.2401.15909,
title = {Detection of diffusion anisotropy from an individual short particle trajectory},
author = {Kaito Takanami and Daisuke Taniguchi and Sawako Enoki and Masafumi Kuroda and Yasushi Okada and Yoshiyuki Kabashima},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.15909},
year = {2024}
}