核心概念
在存在背景螢光的情況下,推導出更精確的 MINFLUX 定位精度公式,並探討了已知和未知背景對定位精度的影響,以及不同背景來源的影響。
摘要
論文資訊
- 標題:考慮背景影響的 MINFLUX 定位精度近似值
- 作者:Zach Marin、Jonas Ries
- 期刊:預印本,arXiv:2410.12427v1 [physics.optics]
- 發表日期:2024 年 10 月 16 日
研究目標
本研究旨在推導出更精確的 MINFLUX 定位精度公式,特別是考慮到背景螢光對定位精度的影響。
研究方法
- 本研究基於 Fisher 信息和克拉美羅下界 (CRB) 推導出定位精度公式。
- 研究了兩種情況下的定位精度:已知背景和未知背景。
- 使用一維和二維模型,並考慮了不同類型的激發點擴散函數 (PSF),包括高斯函數和二次函數。
主要發現
- 推導出了一個新的定位精度公式,該公式明確包含了背景項,而不是信噪比。
- 研究發現,已知背景的情況下,定位精度優於未知背景的情況。
- 在衍射受限系統中,使用具有接近零最小值的 PSF 進行定位優於使用最大值的 PSF。
- 研究還提出了一個軌道跟踪定位精度的解析表達式,並與 MINFLUX 進行了比較。
主要結論
- 背景螢光會顯著影響 MINFLUX 的定位精度。
- 了解背景信息可以顯著提高定位精度。
- 在設計 MINFLUX 实验時,應仔細考慮背景螢光的影響。
研究意義
本研究為 MINFLUX 定位精度提供了一個更全面的理論框架,並提供了一些提高定位精度的實用建議。
局限性和未來研究方向
- 本研究主要集中在一維和二維模型,未來可以擴展到三維模型。
- 本研究假設背景螢光是均勻的,未來可以考慮非均勻背景的情況。
統計資料
在存在背景的情況下,使用二次最小值在三個點探測發射器的定位精度,在 L = 50 nm、σq = 250 nm、b = 0.01 和 N = 100 個光子的情況下,在發射器位置 x0 上評估。
比較了在 x0 = 0 處使用二次最小值在三個點探測發射器的 σx0 與 L 的關係,其中背景來自不完美的零點(公式 31)或自發螢光或離焦發射器(公式 33)。 這裡,b = 0.01,σq = 250 nm,Ns = 100。
比較了在 1D 中使用兩個點測量和已知背景的情況下,最大值和最小值探測發射器的定位精度。 該圖顯示了在 x0 = 0 處評估的公式 39(最大值,高斯)、37(最大值,二次)和 24(最小值)中的 σx0 與間距 L 的關係,其中 σq = 250 nm、b = 0.01 和 N = 100 個光子。
使用高斯最大值在兩個點探測發射器的定位精度。 該圖顯示了在 x0 = 0、σq = 250 nm 和 N = 100 個光子的情況下,公式 39 中的 σx0 與間距 L 的關係,背景級別為 3 個不同。
使用軌道跟踪方案探測發射器的定位精度。 該圖顯示了在 x0 = 0、σq = 250 nm 和 N = 100 個光子的情況下,公式 47 中的 σx0 與間距 L 的關係,背景級別為 3 個不同。