利用数字视频显微镜和三维粒子追踪对受阻布朗运动进行局部表征

本文介绍了利用数字视频显微镜在复杂三维几何约束下测量受阻布朗运动的方法。我们讨论了自动三维粒子追踪的基本特征以及扩散数据分析方法。通过引入局域均方位移 - 时间曲线，我们能够同时测量扩散系数、追踪精度和漂移速度的空间依赖性。与全局测量相比，此类局部测量能够对强非均匀系统进行更详细和适当的描述。我们还讨论了追踪区域的有限尺寸效应对测量均方位移的影响。这些方法对于测量微流控芯片中球形聚苯乙烯颗粒（直径 505 nm）的扩散行为至关重要。在该实验中，颗粒探索了具有不同横截面的平行通道阵列以及体相储液区。我们展示了在所有三个轴向方向上的局部追踪精度测量结果，以及平行于通道轴线的扩散率，同时观察到无显著流动，仅为纯布朗运动。最后，所提出的算法也适用于追踪荧光标记颗粒以及受外力（如电动力或介电泳力）驱动的颗粒。