การติดตามอนุภาคเดี่ยว ( SPT ) คือการสังเกตการเคลื่อนที่ของอนุภาคแต่ละตัวภายในตัวกลาง อนุกรมเวลาของพิกัด ซึ่งอาจอยู่ในสองมิติ ( x , y ) หรือสามมิติ ( x , y , z ) เรียกว่าวิถีการเคลื่อนที่โดยทั่วไปวิถีการเคลื่อนที่นี้จะถูกวิเคราะห์โดยใช้วิธีทางสถิติเพื่อดึงข้อมูลเกี่ยวกับพลวัตพื้นฐานของอนุภาค^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}พลวัตเหล่านี้สามารถเปิดเผยข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของการขนส่งที่สังเกตได้ (เช่น ความร้อนหรือแบบแอคทีฟ) ตัวกลางที่อนุภาคกำลังเคลื่อนที่ และปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่นๆ ในกรณีของการเคลื่อนที่แบบสุ่ม การวิเคราะห์วิถีการเคลื่อนที่สามารถใช้เพื่อวัดค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายได้

ในวิทยาศาสตร์ชีวภาพ การติดตามอนุภาคเดี่ยวถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อหาปริมาณพลวัตของโมเลกุล/โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิต (ของแบคทีเรีย ยีสต์ เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และ ตัวอ่อน แมลงหวี่ ที่มีชีวิต ) ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}การติดตามอนุภาคเดี่ยวในเซลล์ที่มีชีวิตถูกดำเนินการครั้งแรกโดย Elf และเพื่อนร่วมงาน^{[ 9 ]}เพื่อวิเคราะห์พลวัตของ lac repressor ใน E. coli ตั้งแต่นั้นมา วิธีนี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อศึกษา พลวัตของ ปัจจัยการถอดรหัสในเซลล์ที่มีชีวิต^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}วิธีนี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาเพื่อทำความเข้าใจกลไกการค้นหาเป้าหมายของโปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิต วิธีนี้ตอบคำถามทางชีววิทยาพื้นฐาน เช่น โปรตีนที่สนใจค้นหาเป้าหมายในสภาพแวดล้อมของเซลล์ที่ซับซ้อนได้อย่างไร? ใช้เวลานานเท่าใดในการค้นหาตำแหน่งเป้าหมายสำหรับการจับ? ระยะเวลาการคงอยู่ของโปรตีนที่จับกับ DNA คือเท่าใด? ^{[ 5 ]}เมื่อเร็วๆ นี้ SPT ได้ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาจลนศาสตร์ของการแปลและการประมวลผลโปรตีนในร่างกายสำหรับโมเลกุลที่จับกับโครงสร้างขนาดใหญ่ เช่น ไรโบโซม SPT สามารถใช้เพื่อดึงข้อมูลเกี่ยวกับจลนศาสตร์การจับ เนื่องจากเมื่อการจับกับไรโบโซมเพิ่มขนาดที่มีประสิทธิภาพของโมเลกุลขนาดเล็ก อัตราการแพร่กระจายจะลดลงเมื่อเกิดการจับกัน โดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการแพร่กระจายเหล่านี้ จะได้การวัดเหตุการณ์การจับโดยตรง^{[ 13 ] [ 14 ]}นอกจากนี้ อนุภาคภายนอกยังถูกนำมาใช้เป็นโพรบเพื่อประเมินคุณสมบัติทางกลของตัวกลาง ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่าไมโครรีโอโลยี แบบพาสซี ฟ^{[ 15 ]}เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบการเคลื่อนที่ของลิปิดและโปรตีนภายในเยื่อหุ้มเซลล์^{[ 16 ] [ 17 ]}โมเลกุลในนิวเคลียส^{[ 8 ]}และไซโตพลาสซึม [ ^{18 ] ออ}ร์แกเนลล์และโมเลกุลภายใน^{[ 19 ]}เม็ดลิปิด^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}เวสิเคิล และอนุภาคที่ถูกนำเข้าไปในไซโตพลาสซึมหรือนิวเคลียส นอกจากนี้ การติดตามอนุภาคเดี่ยวยังถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการศึกษาเยื่อลิปิดสองชั้นที่สร้างขึ้นใหม่^{[ 23 ]}การแพร่แบบไม่ต่อเนื่องระหว่างเฟส 3 มิติและเฟส 2 มิติ (เช่น เมมเบรน) ^{[ 24 ]}หรือเฟส 1 มิติ (เช่น พอลิเมอร์ DNA) และเครือข่ายแอคตินที่พันกันแบบสังเคราะห์^{[ 25 ] [ 26 ]}

อนุภาคที่ใช้กันทั่วไปในการติดตามอนุภาคเดี่ยว ได้แก่อนุภาคที่ทำให้เกิดการกระเจิงแสงเช่นลูกปัดโพลีสไตรีน หรืออนุภาค นาโน ทองคำ ที่สามารถติดตามได้โดยใช้แสงสว่าง หรือ อนุภาคเรือง แสงสำหรับอนุภาคเรืองแสงนั้น มีตัวเลือกมากมายที่มีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันไป เช่นควอนตัมดอทโปรตีนเรืองแสง สาร เรือง แสง อินทรีย์และสีย้อมไซยานีน

โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อได้ภาพมาแล้ว การติดตามอนุภาคเดี่ยวเป็นกระบวนการสองขั้นตอน ขั้นแรกคือการตรวจจับอนุภาค จากนั้นจึงเชื่อมต่ออนุภาคต่างๆ ที่ระบุตำแหน่งไว้แล้ว เพื่อให้ได้วิถีการเคลื่อนที่ของแต่ละอนุภาค

นอกจากการติดตามอนุภาคใน 2 มิติแล้ว ยังมีวิธีการสร้างภาพหลายวิธีสำหรับการติดตามอนุภาค 3 มิติ รวมถึง กล้องจุลทรรศน์ ระนาบโฟกัสหลายจุด^{[ 27 ]}กล้องจุลทรรศน์ฟังก์ชันการกระจายจุดเกลียวคู่^{[ 28 ]}และการแนะนำภาวะสายตาเอียงผ่านเลนส์ทรงกระบอกหรือออปติกปรับได้

• การเคลื่อนที่แบบบราวน์
• การแพร่กระจาย
• ไมโครรีโอโลยี
• การวิเคราะห์การติดตามอนุภาคนาโน
• การทดลองระดับโมเลกุลเดี่ยว
• วิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคเดี่ยว
• การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ถูกผูกไว้

• แทร็กเมท
• ยูแทร็ก
• วิธี PSF แบบเกลียวคู่ (Andor)
• ตัวอย่างวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคเดี่ยวที่จำลองหรือได้จากการทดลอง