Аномальна дифузiя: аналiз траєкторiї колоїдної частинки
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe59.08.0775Ключові слова:
Brownian motion, anomalous diffusion, single particle tracking, mean square displacement, velocity autocorrelation functionАнотація
В ходi аналiзу даних з дифузiї колоїдних частинок, зазвичай, розраховується середнє значення квадрата змiщення частинки, що, у випадку аномальної дифузiї броунiвської частинки, зростає з часом повiльнiше (субдифузiя) або швидше (супердифузiя) в порiвняннi з лiнiйною залежнiстю. Автокореляцiйна функцiя швидкостi частинки, яка є безпосередньо зв’язаною з динамiкою середовища, що приводить до аномальної дифузiї, може бути отримана як друга похiдна по часу вiд середнього квадрата змiщення. Ми показуємо, що автокореляцiйна функцiя середньої швидкостi, отримана безпосередньо з траєкторiї частинки, дає достатньо точну оцiнку автокореляцiйної функцiї миттєвої швидкостi частинки, якщо часовий iнтервал дискретизацiї даних є набагато коротшим за час кореляцiї. Чисельний аналiз проiлюстровано на даних, отриманих iз простої стохастичної моделi для супердифузiї.
Посилання
J. Gelles, B.J. Schnapp, and M.P. Sheetz, Nature 331, 450 (1988).
https://doi.org/10.1038/331450a0
J.C. Crocker and D.G. Grier, J. Colloid Interface Sci. 179, 298 (1996).
https://doi.org/10.1006/jcis.1996.0217
P. Habdas and E.R. Weeks, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 7, 196 (2002).
https://doi.org/10.1016/S1359-0294(02)00049-3
A. Pertsinidis, Y. Zhang, and S. Chu, Nature 466, 647 (2010).
https://doi.org/10.1038/nature09163
O. Otto, F. Czerwinski, J.L. Gornall, G. Stober, L.B. Oddershede, R. Seidel, and U.F. Keyser, Opt. Express 18, 22722 (2010).
https://doi.org/10.1364/OE.18.022722
C.D. Saunter, Biophys. J. 98, 1566 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.bpj.2009.12.4297
E. Toprak, C. Kural, and P.R. Selvin, Methods Enzymol. 475, 1 (2010).
https://doi.org/10.1016/S0076-6879(10)75001-1
O. Otto, J.L. Gornall, G. Stober, F. Czerwinski, R. Seidel, and U.F. Keyser, J. Opt. 13, 044011 (2011).
https://doi.org/10.1088/2040-8978/13/4/044011
A. Einstein, Ann. Phys. (Leipzig) 17, 549 (1905).
https://doi.org/10.1002/andp.19053220806
M. von Smoluchowski, Ann. Phys. (Leipzig) 21, 756 (1906).
https://doi.org/10.1002/andp.19063261405
P. Langevin, C. R. Acad. Sci. (Paris) 146, 530 (1908).
I.Y. Wong, M.L. Gardel, D.R. Reichman, E.R. Weeks, M.T. Valentine, A.R. Bausch, and D.A. Weitz, Phys. Rev. Lett. 92, 178101 (2004).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.178101
M.M. Alam and R. Mezzenga, Langmuir 27, 6171 (2011).
https://doi.org/10.1021/la200116e
D.S. Banks and C.Fradin, Biophys. J. 89, 2960 (2005).
https://doi.org/10.1529/biophysj.104.051078
J. Sprakel, J. van der Gucht, M.A.C. Stuart, and N.A.M. Besseling, Phys. Rev. E 77, 061502 (2008).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.77.061502
T.V. Ratto and M.L. Longo, Langmuir 19, 1788 (2003).
https://doi.org/10.1021/la0261803
J. Sprakel, J. van der Gucht, M. A. C. Stuart, and N. A. M. Besseling, Phys. Rev. Lett. 99, 208301 (2007).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.208301
S.C. Weber, A.J. Spakowitz, and J.A. Theriot, Phys. Rev. Lett. 104, 238102 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.238102
A. Ott, J.P. Bouchaud, D. Langevin, and W. Urbach, Phys. Rev. Lett. 65, 2201 (1990).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.2201
Y. Gambin, G. Massiera, L. Ramos, C. Ligoure, and W. Urbach, Phys. Rev. Lett. 94, 110602 (2005).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.110602
R. Ganapathy, A.K. Sood, and S. Ramaswamy, Europhys. Lett. 77, 18007 (2007).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/77/18007
R. Angelico, A. Ceglie, U. Olsson, G. Palazzo, and L. Ambrosone, Phys. Rev. E 74, 031403 (2006).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.74.031403
X.-L. Wu and A. Libchaber, Phys. Rev. Lett. 84, 3017 (2000); Ibid. 86, 557 (2001).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.557
G.L. Paul and P.N. Pusey, J. Phys. A: Math. Gen. 14, 3301 (1981).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/14/12/025
T. Turiv, I. Lazo, A. Brodin, B.I. Lev, V. Reiffenrath, V.G. Nazarenko, and O.D. Lavrentovich, Science 342, 1351 (2013).
https://doi.org/10.1126/science.1240591
A. Brodin, Ukr. J. Phys. 58, 237 (2013).
https://doi.org/10.15407/ujpe58.03.0237
X. Michalet, Phys. Rev. E 82, 041914 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.82.041914
H. Scher and M. Lax, Phys. Rev. B 7, 4491 (1973).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.7.4491
V.M. Kenkre, R. K¨uhne, and P. Reineker, Z. Phys. B 41, 177 (1981).
https://doi.org/10.1007/BF01293416
R. Bracewell, The Fourier Transform and Its Applications (McGraw-Hill, New York, 1965).
L.E. Reichel, A Modern Course in Statistical Physics (Wiley, New York, 1998).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
