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一般
使用 NanoTrackJ 可以分析扩散粒子的视频。它主要通过跟踪扩散纳米颗粒的移动衍射图案进行测试。该插件估计颗粒尺寸和扩散系数分布。因此，利用了扩散系数和流体动力学直径之间的基本关系：斯托克斯-爱因斯坦关系。
如果您在科学出版物中使用 NanoTrackJ，请引用：
瓦格纳，T.，利平斯基，H.-G。 & Wiemann, M., 2014。用于等离子体和非等离子体粒子尺寸表征的暗场纳米粒子跟踪分析。纳米粒子研究杂志，16(5)，第 2419 页。
参数
中心估计： 这里有三种可用的方法。 blob 方法需要二值图像。您要跟踪的对象应该是连接的前景像素。这种连接的区域通常称为“斑点”。每个斑点代表一个要跟踪的粒子。您必须对图像进行分割（例如通过阈值处理）才能使用此方法。斑点的质心用于跟踪。
maxima 方法 利用 ImageJ 的 Process › Find Maxima 方法。 “Spot Assistant”帮助用户选择合适的平均滤波器尺寸和容差值。
这是推荐的方法，也适用于 RGB 图像系列。找到的最大值用作跟踪粒子的质心。
最大值方法和高斯拟合也利用 ImageJ 的Process › Find Maxima方法，但之后进行高斯拟合以提高估计质量。理论上它可以达到亚像素精度。然而，衍射图案常常会饱和，有时甚至不具有高斯形状，因此无法实现亚像素精度。
扩散系数估计器： 有两种方法可用：回归方法和协方差方法。 回归方法是文献中最常用于估计扩散系数的方法。它评估不同时滞的均方位移。然后将回归线拟合到数据点。该回归线不限于通过原点 (0,0)。该回归线的斜率与扩散系数成正比。这种方法非常简单，但不幸的是容易出错。到目前为止还不清楚有多少数据点可以得出最佳估计。因此，该插件允许用户确定应使用的最小和最大时间延迟。
文献中有一些建议。 Vestergaard [2] 指出仅应使用前两个时间滞后，并且使用的时间滞后越多，估计的误差就越大。然而，Ernst 和 Köhler[1] 建议使用时间滞后 2 到 5。
协方差估计器是回归估计器的一个很好的替代方案。它是一个无偏估计量，并且能够快速收敛到 Cramer-Rao 下界 [2]。它不需要进一步的参数并考虑本地化错误。
搜索半径： 仅当帧中的一个粒子质心之间的距离小于此半径时，帧中的一个粒子才会与连续帧中的另一个粒子匹配。建议软件自动计算半径。这是通过使用“最小实验颗粒尺寸”中指定尺寸的颗粒的预期扩散系数 D 来完成的。由
估计的搜索半径确保粒子在两帧之间移动的距离的 99% 不大于搜索半径。[4]
最小。过期。粒径： 悬浮液中的最小预期粒径
最小。每个轨道的步数： 有时可以跟踪噪声，这会人为地扩大尺寸分布。为了避免这种情况，应指定最少的步骤数。步数少于此最小限制的所有轨道将在进一步处理中被忽略。文献中经常使用值 10，似乎适合获得足够的轨迹以获得可靠的尺寸分布，同时减少人为加宽[4]
温度： 悬浮液的温度。
粘度：悬浮液的粘度。
像素大小： 视频文件的像素大小（不是 CCD 传感器的像素大小！）。
帧速率： 视频文件的帧速率。
最大直径（仅限 WM，0 = 自动）： 仅当使用沃克方法估计尺寸分布时，此参数才相关。 Walker 的方法估计直径范围的尺寸分布。该范围越大，估计就越耗时。为了提高性能，可以设置直径范围的上限。如果上限设置为零，它将自动设置为显示整个分布所需的最大值。 黑色/深色背景： 此复选框说明背景像素是黑色（前景 -> 白色）还是白色（前景 -> 黑色）。
纠正线性漂移： 该软件能够纠正简单的线性漂移。通过对 x 和 y 方向上所有粒子的所有距离进行平均来估计漂移。如果没有漂移，该估计值应为 0。
绘制轨迹： 如果激活此复选框，则所有轨迹都将绘制在 ImageJ 叠加层上。黄色轨道已达到最小步数。此外，还显示了大小估计，后跟轨道 ID。
通过 Walker 方法估计尺寸分布： 如果激活此复选框，则通过 [3] 中描述的最大似然法估计尺寸分布。该方法利用了均方位移呈伽玛分布的事实。请注意，该算法使用的均方位移是间接测量的。首先，通过“扩散系数估计器”中指定的方法估计扩散系数D。将此扩散系数乘以 4 和帧速率即可得出相应的均方位移。如果使用 Walker 方法，结果将仅为尺寸分布（无扩散系数分布）
结果
如果插件完成分析，它将打开尺寸分布和扩散系数分布的直方图。请注意，为了计算分布，轨道长度用作加权因子。此外，插件打开直方图数据的结果表（非常适合使用其他软件进行绘图）。下图显示了从含有 100 nm 聚苯乙烯珠的悬浮液（在水中，22°C）估算的尺寸分布（使用 Walker 方法和协方差估计器）。使用的视频是用 nanosight LM10 显微镜拍摄的。报道的模态值为98nm。
模拟
如果您想通过蒙特卡罗模拟检查 NanoTrackJ，您可以使用我们的simulation macros。
PartSimDC.ijm：该宏允许您通过指定粒子的扩散系数来模拟粒子。
PartSimDia.ijm：该宏允许您通过指定粒子的流体动力学直径和溶液温度来模拟粒子。此外，它允许通过设置粒子质量数 > 1 来模拟多分散解决方案。
样本数据
为了进行测试，您可以下载一些示例视频文件。
NanoTrackJ 设置非常适合该视频：
| 参数 | 价值 | |
|---|---|---|
| 中心估计器 | 千里马 | |
| 扩散系数估计器 | 协方差 | |
| 分钟。预期粒径 | 90纳米 | |
| 搜索半径 | 13.34 像素 | |
| 分钟。每条轨道的步数 | 20 | |
| 温度 | 22.5°C | 22.5°C |
| 像素大小 | 164纳米 | |
| 帧率 | 30 帧/秒 | |
| 线性漂移校正 | 真实 | |
| 使用沃克方法 | 真实 | |
| Walker 方法最小尺寸 | 800纳米 | |
| 平均尺寸（Maxima Dialog） | 3 | |
| 公差（Maxima Dialog） | 15 | 15 |
2. Video recording of freely diffusing 60 nm and 80 nm gold nanoparticles using dark field microscope
NanoTrackJ 设置非常适合该视频：
| 参数 | 价值 | |
|---|---|---|
| 中心估计器 | 千里马 | |
| 扩散系数估计器 | 协方差 | |
| 分钟。预期粒径 | 50纳米 | |
| 搜索半径 | 18.03 像素 | |
| 分钟。每条轨道的步数 | 20 | |
| 温度 | 24℃ | |
| 像素大小 | 182纳米 | |
| 帧率 | 25 帧/秒 | |
| 线性漂移校正 | 真实 | |
| 使用沃克方法 | 真实 | |
| Walker 方法最小尺寸 | 800纳米 | |
| 平均尺寸（Maxima Dialog） | 4 | |
| 公差（Maxima Dialog） | 12 | 12 |
参考文献
[1] Ernst, D. & Köhler, J.，2013。均方位移斜率的拟合点数如何影响通过单粒子跟踪实验确定的粒径分布。物理化学化学物理：PCCP：PCCP，第 3429–3432 页。 [2] Vestergaard, C. & Flyvbjerg, H., 2012。根据嘈杂的延时记录的单粒子轨迹对扩散系数进行优化估计。丹麦技术大学。
[3] Walker, J.G., 2012。改进的纳米粒子跟踪分析。测量科学与技术，23(6)，p.065605。
[4] Van der Meeren P.、Kasinos M.、Saveyn H.，“二维布朗运动动力学在应用纳米粒子跟踪分析中的相关性”，《生物学和医学中的纳米粒子》，由 M. Soloviev 编辑，Humana Press，纽约，2012 年
