Characterizing anomalous diffusion in crowded polymer solutions and gels over five decades in time with variable-lengthscale fluorescence correlation spectroscopy
Notice bibliographique
Résumé
The diffusion of macromolecules in cells and in complex fluids is often found to deviate from simple Fickian diffusion. One explanation offered for this behavior is that molecular crowding renders diffusion anomalous, where the mean-squared displacement of the particles scales as 〈r(2)〉∝t(α) with α < 1. Unfortunately, methods such as fluorescence correlation spectroscopy (FCS) or fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) probe diffusion only over a narrow range of lengthscales and cannot directly test the dependence of the mean-squared displacement (MSD) on time. Here we show that variable-lengthscale FCS (VLS-FCS), where the volume of observation is varied over several orders of magnitude, combined with a numerical inversion procedure of the correlation data, allows retrieving the MSD for up to five decades in time, bridging the gap between diffusion experiments performed at different lengthscales. In addition, we show that VLS-FCS provides a way to assess whether the propagator associated with the diffusion is Gaussian or non-Gaussian. We used VLS-FCS to investigate two systems where anomalous diffusion had been previously reported. In the case of dense cross-linked agarose gels, the measured MSD confirmed that the diffusion of small beads was anomalous at short lengthscales, with a cross-over to simple diffusion around ≈1 μm, consistent with a caged diffusion process. On the other hand, for solutions crowded with marginally entangled dextran molecules, we uncovered an apparent discrepancy between the MSD, found to be linear, and the propagators at short lengthscales, found to be non-Gaussian. These contradicting features call to mind the "anomalous, yet Brownian" diffusion observed in several biological systems, and the recently proposed "diffusing diffusivity" model.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».