基于不完美FRAP实验的反应-扩散动力学参数定量新方法HiFRAP的开发与应用

荧光漂白恢复技术(FRAP)是研究分子动力学的重要工具，但传统方法难以在初始漂白轮廓不理想或存在其他分子过程干扰时准确量化参数。研究人员开发了HiFRAP方法，通过低秩近似模型格林函数相关核，实现了对反应/交换-扩散动力学参数的精确定量。该技术突破性地解决了光学系统衍射限制、多参数同步估算等难题，为复杂生物体系分子动力学研究提供了新范式。

　　

荧光漂白恢复技术(Fluorescence Recovery After Photobleaching, FRAP)作为细胞和组织中分子动力学研究的利器，尤其在量化扩散系数方面表现突出。这项技术通过记录样品区域荧光分子在初始光漂白后的时空成像过程，揭示分子运动规律。然而当实验存在噪声干扰、扩散过程与其他分子过程耦合、或初始漂白轮廓控制不精准时，传统参数推断方法便显得力不从心。

科研团队创新性地开发出HiFRAP解决方案，专门攻克不完美实验条件下的反应(或交换)-扩散动力学参数定量难题。该方法的核心在于采用模型格林函数相关核的低秩近似算法，并开发了适配一维(包括弯曲系统)和二维体系的ImageJ/Python宏工具。这项技术实现了多项突破性功能组合：无需对初始漂白轮廓做任何假设、考虑光学系统的衍射限制效应、单次实验即可推断多个动力学参数、提供参数估计误差分析以及模型优度检验。

该方法的潜在应用远不止于FRAP领域，任何能用线性偏微分方程描述的动力学过程，只要涉及时空浓度场监测的实验体系，都可能从这项技术中获益。这为复杂生物系统中分子运动规律的精准解析开辟了新途径，特别是在研究膜蛋白动态、细胞器间物质交换等前沿课题中展现出独特优势。