荧光标记 DNA 荧光闪烁的隐马尔可夫模型分析
材料科学
2024-11-20 v1
摘要
我们利用机器学习技术定量研究了荧光分子从发光态到不发光态的跃迁过程。在荧光标记的 DNA 中，荧光在辐照下持续产生，但通常会转移到对应于电荷分离态的不发光态。荧光轨迹由发光（ON）和不发光（OFF）状态的重复组成，称为闪烁。由于多种原因，它包含大量噪声，因此原则上很难定量区分 ON 和 OFF 状态。荧光轨迹是典型的随机过程，因此需要高级时间序列数据分析。在本研究中，我们使用隐马尔可夫模型分析了荧光轨迹，并计算了 ON 和 OFF 持续时间的概率密度。通过分析，我们发现 ON 持续时间概率密度可以很好地用指数函数描述，而 OFF 持续时间概率密度可以很好地用对数正态函数描述，这通过 Kolmogorov-Smirnov 检验进行了验证。仔细分析了荧光轨迹中时间bin依赖性对概率密度的影响。我们还利用半导体器件寿命测试中使用的失效率分析讨论了 ON 和 OFF 过程。
引用
@article{arxiv.2411.12176,
title = {Hidden Markov model analysis to fluorescence blinking of fluorescently labeled DNA},
author = {Tatsuhiro Furuta and Shuya Fan and Tadao Takada and Yohei Kondo and Mamoru Fujitsuka and Atsushi Maruyama and Kiyohiko Kawai and Kazuma Nakamura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.12176},
year = {2024}
}
备注
11 pages, 8 figures, 2 tables