生物物理學(xué)雜志103卷2012年12月2411–2422探索：反常次擴(kuò)散的正控制MichaelJ.Saxton加州，戴維斯，加州大學(xué)戴維斯分校，生物化學(xué)與分子醫(yī)學(xué)系摘要在細(xì)胞和模型系統(tǒng)中的反常次擴(kuò)散是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。主要的問(wèn)題是擴(kuò)散是反常還是正常，如果是反常，它的機(jī)制是什么。這個(gè)問(wèn)題是有爭(zhēng)議的，尤其是聚集導(dǎo)致反常次擴(kuò)散的假設(shè)。反常次擴(kuò)散測(cè)量將通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)得到加強(qiáng)。特別是一個(gè)能夠通過(guò)交叉標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)的不同類型的測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)被提出了。首先，在長(zhǎng)度和時(shí)間尺度不同的測(cè)量下，擴(kuò)散必須是反常的，長(zhǎng)度尺度是根本，時(shí)間尺度可以通過(guò)介質(zhì)的粘度調(diào)整。第二，標(biāo)準(zhǔn)在理論上必須是易理解的，有一個(gè)已知的反常次擴(kuò)散指數(shù)，理想的情況下隨時(shí)可調(diào)。第三，標(biāo)準(zhǔn)必須是簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好，和有獨(dú)立的特征（比如，電子顯微鏡的納米結(jié)構(gòu)），候選實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可以得到評(píng)估，包括被阻礙的脂質(zhì)雙分子層；水系統(tǒng)被納米柱阻礙；一個(gè)連續(xù)過(guò)濾系統(tǒng)，于此在一個(gè)普通的數(shù)組中的隨機(jī)選擇障礙的規(guī)定部分被消融；單行毛孔擴(kuò)散；在數(shù)組中由于顆粒結(jié)合，瞬態(tài)反常次擴(kuò)散，比如在隨機(jī)DNA陣列中的轉(zhuǎn)錄因子；計(jì)算機(jī)生成的物理軌跡。介紹在細(xì)胞膜，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核以及模型系統(tǒng)中大量研究反常次擴(kuò)散，主要的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題是：擴(kuò)散是異常還是正常，以及用什么參數(shù)描述它。主要的理論問(wèn)題是：什么樣的機(jī)制造成擴(kuò)散異常。主題的問(wèn)題可以通過(guò)“不同的機(jī)制怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)分”聯(lián)系起來(lái)。反常擴(kuò)散機(jī)制及其鑒定都是非常活躍的研究領(lǐng)域。最近的研究開(kāi)始于Magdziarz和Weron的著作(1)。這個(gè)領(lǐng)域是有爭(zhēng)議的，尤其是聚集導(dǎo)致反常次擴(kuò)散的假設(shè)。Ho¨fling和Franosch(2)指出“細(xì)胞聚集……緩慢的反常運(yùn)輸作為其最獨(dú)特的指紋可以鑒別……”這種觀點(diǎn)可以通過(guò)在不同模型系統(tǒng)下的幾種實(shí)驗(yàn)證明(3–5)；Hellmann等人(6)也贊同上述觀點(diǎn)；Dix和Verkman(7)爭(zhēng)論“細(xì)胞中普遍反常擴(kuò)散是分子聚集這一觀點(diǎn)是不正確的……”并且指出，次擴(kuò)散可能是可逆光物理過(guò)程的一種加工品、細(xì)胞自體熒光、或是在束和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜事物。擁擠模型的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種觀點(diǎn)：熒光相關(guān)光譜（FCS）結(jié)果明確表明與正常擴(kuò)散一致(8-10)。多種方法最直接的比較Shakhov(11)等的NMR研究，Shakhov等在聚集的右旋糖酐中發(fā)現(xiàn)正常擴(kuò)散，就像Banks和Fradin(3)通過(guò)FCS發(fā)現(xiàn)反常次擴(kuò)散一樣。NMR研究成功地使NMR和FCS的長(zhǎng)度尺度重疊、長(zhǎng)度尺度的重疊在不同方法下區(qū)分交叉和不一致成為可能。兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)都有很大的局限性。一些反對(duì)反常次擴(kuò)散沒(méi)有正控制，一些反對(duì)它沒(méi)有校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。在目前的實(shí)踐中，通過(guò)控制，在簡(jiǎn)單液體中出現(xiàn)正常擴(kuò)散，然后觀察次擴(kuò)散是否在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。在這個(gè)領(lǐng)域優(yōu)先考慮的是設(shè)計(jì)出對(duì)異常次擴(kuò)散的正控制。在關(guān)于模型聚集系統(tǒng)的研究中，擴(kuò)散的不同可能由于長(zhǎng)度尺度、濃度、示蹤劑或示蹤劑的相對(duì)大小的不同導(dǎo)致的，或由于實(shí)驗(yàn)材料導(dǎo)致的。有一種通用的標(biāo)度有利于發(fā)現(xiàn)其他的復(fù)雜事物。在細(xì)胞的研究中，一種物理校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)可以在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)減少利用細(xì)胞株和蛋白質(zhì)來(lái)解決分歧。這種觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)熒光測(cè)量：FCS(12–14)，漂白后的熒光恢復(fù)(FRAP)(15,16)和單粒子追蹤(SPT)(17–20)。我們?yōu)檫@些測(cè)量假定通常的衍射極限尺度。脈沖梯度自旋回波(PGSE)也被稱為脈沖梯度場(chǎng)(PFG)，NMR測(cè)量在這里不詳細(xì)討論了，但是它們最終是很重要的，因?yàn)槭仟?dú)立的擴(kuò)散測(cè)量方法以及非標(biāo)記分子互作技術(shù)。Ka¨rger和Stallmach檢測(cè)了反常擴(kuò)散的PGSE，NMR測(cè)量方法(21)。反常次擴(kuò)散反常次擴(kuò)散是阻礙性擴(kuò)散，阻力會(huì)改變時(shí)間依賴性的實(shí)際形式，不僅僅是擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)值。位移的平方<r2>對(duì)于正常擴(kuò)散對(duì)于反常次擴(kuò)散，對(duì)于短暫的反常次擴(kuò)散，t指時(shí)間，Do指擴(kuò)散系數(shù)，a是指反常次擴(kuò)散指數(shù)，tCR是交叉時(shí)間。換句話說(shuō)，對(duì)于反常次擴(kuò)散，時(shí)間關(guān)系是非線性的，是冪律模型；擴(kuò)散系數(shù)是時(shí)間關(guān)系，不滿足中心極限定理的條件(22)。Destainville等人（23）提出一種關(guān)于人為的反常次擴(kuò)散的重要觀點(diǎn)。為了改述他們的評(píng)論(23)和回復(fù)(24)，有2種類型的短暫反常次擴(kuò)散，是過(guò)渡性的和真實(shí)的。在過(guò)渡性的類型中，一個(gè)機(jī)制的運(yùn)作在很短的時(shí)間內(nèi)，另一種是長(zhǎng)時(shí)間的。比如，Kusumi的棧膜柵欄模型（25），在棧內(nèi)以一定速度快速短距離的正常擴(kuò)散由脂質(zhì)粘度決定，緩慢遠(yuǎn)程的正常擴(kuò)散由棧的大小和棧間跳躍率決定的。Destainville等（23）指出，在這兩個(gè)極限之間，有一段明顯的反常次擴(kuò)散。<r2>和t的單調(diào)連續(xù)曲線在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖有<1的區(qū)域。但在真實(shí)性的類型中，不同的參數(shù)增加反常次擴(kuò)散的持續(xù)時(shí)間，適當(dāng)?shù)南拗飘a(chǎn)生純異常次擴(kuò)散。比如，對(duì)于一個(gè)隨機(jī)游動(dòng)的阻礙格，隨著障礙物濃度增加到滲流閾值，擴(kuò)散會(huì)在較長(zhǎng)的時(shí)間里變得更異常。在到達(dá)滲流閾值后，擴(kuò)散會(huì)以已知指數(shù)一直變得異常。原則上，瞬態(tài)反常次擴(kuò)散是常見(jiàn)的，是障礙物濃度低于逾滲閾值的阻礙擴(kuò)散造成的；結(jié)合模型，有最深的陷阱，相應(yīng)最長(zhǎng)的解決時(shí)間；相應(yīng)性是指較長(zhǎng)的時(shí)間，不是無(wú)限的時(shí)間。不幸的是，檢測(cè)它的工具很少。為了檢測(cè)瞬態(tài)反常次擴(kuò)散在FRAP,FCS,和PGSE，NMR的影響和驗(yàn)證在SPT的探測(cè)，具有可調(diào)交叉的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是有幫助的。為什么反常次擴(kuò)散很重要？第一，它會(huì)通過(guò)D(t)影響反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。如果假設(shè)D是不變的，但事實(shí)上隨時(shí)間變化的，反應(yīng)物濃度隨時(shí)間變化的分析是無(wú)益的.第二,反常次擴(kuò)散可以探測(cè)亞組織,盡管不可逆。必要條件一個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)需要很多條件：條件1該標(biāo)準(zhǔn)作為常用的生物物理測(cè)量，必須實(shí)施在相同的長(zhǎng)度和時(shí)間尺度上。所以在光測(cè)量、長(zhǎng)度較短的超分辨光測(cè)量（26，27）、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的條紋圖FRA和PGSE，NMR測(cè)量下，擴(kuò)散必須在幾毫米和幾秒內(nèi)是異常的。長(zhǎng)度規(guī)模是根本；時(shí)間刻度可通過(guò)介質(zhì)的粘度調(diào)節(jié)。如果在光測(cè)量下是光的波長(zhǎng)，我們需要特征尺度的結(jié)構(gòu)。在滲流模擬中，我在周期性邊界條件經(jīng)常使用256x256格。實(shí)驗(yàn)晶格常數(shù)是采取的是10納米，在FRAP和FCS測(cè)量的適度范圍，相應(yīng)的滲流集群是2.56毫米。如果特點(diǎn)是在以10納米為中心的5納米直徑，數(shù)密度是1x1012/cm2，與孔密度、特征密度有關(guān)，或6.35x1012/in與每平方英寸密度的太比特有關(guān)。孔徑是在介孔的范圍，正如IUPAC的定義（28）。對(duì)于PGSE，NMR，一個(gè)高梯度磁場(chǎng)提供100nm的長(zhǎng)度范圍，同時(shí)被用來(lái)研究在雙層液態(tài)有序/液體無(wú)序相分離（29）。對(duì)于反蛋白石結(jié)構(gòu)，問(wèn)題的一個(gè)特定方面被Cherdhirankorn（30）等人指出。如果孔隙大小與波束的大小相似，任何一個(gè)測(cè)量的結(jié)果對(duì)與孔隙有關(guān)的束的確切位置高度敏感。在沒(méi)有原子模型下，大小的下線是結(jié)構(gòu)應(yīng)該足夠宏觀以至于示蹤劑和障礙的相互作用可以簡(jiǎn)單地近似。特征尺寸的選擇因此是要權(quán)衡的。在擴(kuò)散測(cè)量中，小特征提供更好的平均特征結(jié)構(gòu)，這種相互作用可能成為更復(fù)雜的代表。條件2標(biāo)準(zhǔn)必須從理論上易理解，有一個(gè)已知的反常次擴(kuò)散指數(shù)，并且理想情況下可調(diào)。好理解的機(jī)制包括滲濾、連續(xù)時(shí)間隨機(jī)游動(dòng)、相關(guān)有限層次機(jī)制、孔隙中的單檔運(yùn)動(dòng)、合成運(yùn)動(dòng)和分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)（盡管其微觀機(jī)制仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域）。機(jī)制不應(yīng)該是一個(gè)主要的研究問(wèn)題，比如，聚合物熔體的表層塌滑。我認(rèn)為，聚集是一個(gè)不完全的理解機(jī)制。在幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室，重要的實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)完成（3-5,11），但是理論與建模研究仍然是不完整的。你需要知道指數(shù)和交叉長(zhǎng)度，作為移動(dòng)障礙物濃度、大小和多分散性的函數(shù)以及不動(dòng)障礙的影響。使用聚集作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)是一種循環(huán)論證，但是，對(duì)于技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室之間的比較，使用一個(gè)Banks、Fradin的異常系統(tǒng)（3）和一個(gè)正常的系統(tǒng)（8-10），聚集仍然是有用的。示蹤劑和克羅德的擴(kuò)散應(yīng)該測(cè)量。條件3標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好，和通用的，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是有獨(dú)立的特征—一個(gè)穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)的特征在于電子顯微鏡的某種形式或一個(gè)明確的統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)。如果聚集能夠充分理解被用來(lái)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所用的材料應(yīng)該是可以在市場(chǎng)中買到的，從組合物、分子量和多分散性上易定義的。條件4如果出現(xiàn)瞬態(tài)反常次擴(kuò)散，異常的機(jī)制應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)兩或三個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，異常機(jī)制不同于轉(zhuǎn)變的區(qū)域。正常的和異常的機(jī)制應(yīng)該是很容易檢測(cè)。在理想的情況下，交叉是可調(diào)的。數(shù)據(jù)應(yīng)從一個(gè)時(shí)間相關(guān)指數(shù)方面分析：來(lái)顯示轉(zhuǎn)換的寬度。條件5對(duì)于交叉定標(biāo)，示蹤劑必須通過(guò)熒光和核磁共振(NMR)檢測(cè)。在同一系統(tǒng)做光和核磁共振測(cè)量是有優(yōu)勢(shì)的，但是不同濃度的要求使它變得困難（31），F(xiàn)CS和SPT實(shí)驗(yàn)要求低濃度，F(xiàn)RAP需要適度的濃度，核磁共振(NMR)要求高濃度。條件6介質(zhì)應(yīng)該是透明的，無(wú)熒光的。不溶性將是有利的，以至于折射率匹配可用于消除散射光。另外一個(gè)好處是折射率匹配可以消除介質(zhì)和示蹤劑之間的范德華力（32）。條件7空間均勻性是有優(yōu)勢(shì)的，除了由于分形基板（所有尺度上的不均勻性是最重要的）造成的反常次擴(kuò)散情況外。多樣環(huán)境使對(duì)結(jié)果的解釋變得復(fù)雜，正如，Sanabria等人(33)在研究中指出的運(yùn)用硅溶膠凝膠作為阻塞擴(kuò)散模型。條件8熒光不應(yīng)該長(zhǎng)期處于暗狀態(tài)。評(píng)論在本次觀點(diǎn)的一個(gè)關(guān)鍵思想是可調(diào)性—不斷改變確定異常擴(kuò)散指數(shù)或交叉時(shí)間的一些參數(shù)的能力。正如已經(jīng)提到的，阻礙格中隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的調(diào)整參數(shù)是障礙濃度。Ho¨fling等人(34)關(guān)于三維連續(xù)體洛倫茲模型給出了調(diào)整障礙濃度的一個(gè)全面例子。在他們的模擬中，根據(jù)牛頓動(dòng)力學(xué)，示蹤劑在隨機(jī)重疊的障礙之間移動(dòng)，經(jīng)歷了硬球碰撞的障礙。根據(jù)障礙物的濃度,在短時(shí)間內(nèi),運(yùn)動(dòng)加速，較長(zhǎng)時(shí)間里，為次擴(kuò)散，長(zhǎng)時(shí)間為擴(kuò)散。這些模擬獲得了log<r2>和logt的曲線，能清楚地顯示各種機(jī)制，以及他們是如何改變障礙物的濃度。我們需要由于聚集導(dǎo)致反常次擴(kuò)散的類似的結(jié)果。

在文獻(xiàn)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)理念是反常次擴(kuò)散的FCS曲線和雙組分混合物的正常擴(kuò)散曲線是難以區(qū)分的(35–37)。這兩種情況可通過(guò)最大熵分析區(qū)分(38，39)。對(duì)于異構(gòu)系統(tǒng)，最大熵算法產(chǎn)生與FCS數(shù)據(jù)一致的擴(kuò)散系數(shù)的最廣分布。這算法被用來(lái)從異常和雙組分?jǐn)U散方面分析實(shí)驗(yàn)(3，33)。一致性檢查依次展開(kāi)，其中最大熵譜分析用于測(cè)試候選校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的均勻性，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)是用來(lái)測(cè)試最大熵分析。這是一個(gè)僅基于在單組分和雙組分體系的正常擴(kuò)散的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。交叉定標(biāo)一些文章已報(bào)道過(guò)光學(xué)的交叉定標(biāo)和正常擴(kuò)散的核磁共振測(cè)量，或通過(guò)光學(xué)方法。Febo-Ayala(40)等在細(xì)胞膜上比較PGSE核磁共振技術(shù)和光脫色熒光恢復(fù)技術(shù)。Grunwald等人(41)指出在水溶液中的兩種蛋白質(zhì)的SPT和FCS擴(kuò)散系數(shù)在數(shù)值上相同。為了解決發(fā)光量的FCS測(cè)量的核心實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，Gendron等人(42)在水溶液中通過(guò)核磁共振測(cè)量各種羅丹明標(biāo)簽的擴(kuò)散。常用已知的熒光作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(12)。此外，Stasevich等人(43)用交叉校準(zhǔn)FRAP和FCS來(lái)量化漂白效果，以及Adkins等人（44）比較在細(xì)胞中的FRAP和FCS的擴(kuò)散。最近在由Feil等人(31)發(fā)表的文章中，比較在多孔納米玻璃中的羅丹明熒光的NMR和SPT測(cè)量，這種多孔納米玻璃事專門(mén)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)合成的。這項(xiàng)工作被用來(lái)作為遍歷假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并且表明在SPT的脈沖液體射流泵時(shí)均值差和脈沖梯度場(chǎng)核磁共振整體平均值差相似。正如作者的詳細(xì)討論，SPT需要低濃度的示蹤劑，同時(shí)脈沖場(chǎng)梯度核磁共振需要高濃度，因此測(cè)量不能在相同的濃度下進(jìn)行。但是，在只有一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)的濃度差時(shí)，這項(xiàng)工作和我們所做的很相近。候選標(biāo)準(zhǔn)：異常由于篇幅限制，不允許在對(duì)于異常次擴(kuò)散或受阻正常擴(kuò)散的候選實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)文章中詳細(xì)討論。在這里，我們給出了一個(gè)概述。在輔助材料中，我們?cè)敿?xì)地審查可能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從納米技術(shù)、生物物理、軟物質(zhì)物理、工程文獻(xiàn)中匯集工作。我們討論的幾何形狀，長(zhǎng)度尺度，擴(kuò)散測(cè)量，并提供文獻(xiàn)中的關(guān)鍵字和出發(fā)點(diǎn)。在可能的情況下，我們使用生物物理的例子。這里的討論和在輔助材料的討論遵循相同的大綱。在輔助材料中，有廣泛的參考文獻(xiàn)。對(duì)于反常次擴(kuò)散，我們主要討論了光學(xué)系統(tǒng)的二維情況。對(duì)于受阻的正常擴(kuò)散，我們考慮三維情況。納米加工技術(shù)第一種類型的候選系統(tǒng)是以納米加工技術(shù)為基礎(chǔ)，納米加工技術(shù)提供了受阻擴(kuò)散的多種結(jié)構(gòu)。我們認(rèn)為納米點(diǎn)陣列、納米孔和納米柱在這里是等效的。在許多情況下，它們中的任何一個(gè)都可以用模板制造另一個(gè)。這次審查的水平，足夠可以確定具有適當(dāng)特征尺寸、間距、隨機(jī)性的數(shù)組。重點(diǎn)是障礙，而不是流體相。對(duì)于非零半徑的示蹤劑，受阻擴(kuò)散由被被排除區(qū)分?jǐn)?shù)決定，不僅僅是障礙的區(qū)域分?jǐn)?shù)，因此，障礙可以通過(guò)改變擴(kuò)散種類的大小來(lái)調(diào)整。在滲流閾值附近，擴(kuò)散對(duì)障礙的大小高度敏感。規(guī)則晶格在平面基板上的納米球可以自組裝成一個(gè)三角形晶格，它的順序受到干燥時(shí)毛細(xì)管的力影響。納米陣列可以被用來(lái)作為金屬沉積或基板蝕刻的模板。由此產(chǎn)生的兩維柵欄樣結(jié)構(gòu)，被預(yù)料可以在柵欄里提供自由的正常擴(kuò)散和緩慢的正常擴(kuò)散，同時(shí)，異常的次擴(kuò)散在有限的長(zhǎng)度尺度，長(zhǎng)度尺度可通過(guò)改變示蹤劑大小調(diào)整。規(guī)則排列的平行電化學(xué)腐蝕毛孔可以生成。它們可能被用來(lái)作為納米柱的模板，或可以在大量平行單個(gè)擴(kuò)散系統(tǒng)中進(jìn)行FRAP實(shí)驗(yàn)。擾動(dòng)晶格為了延長(zhǎng)反常次擴(kuò)散的長(zhǎng)度尺度，我們考慮擾動(dòng)晶格結(jié)構(gòu)。一種可能性是多分散納米微球的自組裝體變成不規(guī)則柵欄。另一種可能性是嵌段共聚物的自組裝體。嵌段共聚物是一類兩親分子，這種兩親分子是由通過(guò)共價(jià)鍵鏈接的兩個(gè)不同的不相容聚合物組成。共價(jià)鍵使不混溶的聚合物分離以保持聚合物鏈的長(zhǎng)度尺度。一些嵌段共聚物形成膠束的規(guī)則排列，膠束可用來(lái)制作金屬點(diǎn)的一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)組。半導(dǎo)體制造是主要的應(yīng)用，所以我們?cè)谖墨I(xiàn)中的目標(biāo)是在硅晶片的長(zhǎng)度尺度上制造均勻金屬點(diǎn)的晶格。條件規(guī)律已被詳細(xì)研究。對(duì)于校準(zhǔn)問(wèn)題，規(guī)律性降低。隨機(jī)納米結(jié)構(gòu)接下來(lái)，我們考慮隨機(jī)結(jié)構(gòu)。一個(gè)用于校準(zhǔn)的理想隨機(jī)結(jié)構(gòu)恰好在閾值時(shí)是滲流集群—一個(gè)在物理文獻(xiàn)中廣泛被研究的系統(tǒng)。擴(kuò)散在所有的長(zhǎng)度尺度上是反常的，并且指數(shù)是已知的。受阻的脂質(zhì)雙分子層一個(gè)解決生物物理問(wèn)題的重要工具是具有不動(dòng)障礙的支撐雙分子層，比如凝膠相脂質(zhì)域，固定化的跨膜蛋白，或非雙層的納米加工結(jié)構(gòu)。隨機(jī)吸附納米球到目前為止，我們已經(jīng)考慮納米球的有序和擾動(dòng)陣列，但另一種可能性是在基板上使用納米球的隨機(jī)沉積，基板粘度很大，以至于微球不能退火形成局部有序的結(jié)構(gòu)。由于濺射造成的滲透滲透集群的一個(gè)早期實(shí)驗(yàn)成果是在平面基板上的濺射金屬。系統(tǒng)的電導(dǎo)率可作為金屬沉積量的函數(shù)來(lái)被測(cè)量，導(dǎo)電率為滲流閾值時(shí)大幅上升。納米柱關(guān)于所謂的碳纖維納米柱森林或碳納米管的大量的工作已經(jīng)做了，包括在阻礙納米柱的水相中非常有趣的擴(kuò)散測(cè)量。在障礙晶格中的連續(xù)滲流我們提出一個(gè)在障礙晶格連續(xù)滲流的問(wèn)題，與標(biāo)準(zhǔn)滲透相關(guān)，但可被采用來(lái)促進(jìn)納米加工。最初，大量規(guī)則障礙晶格是由標(biāo)準(zhǔn)納米技術(shù)制造的，比如在極端紫外線下的二維的干涉圖樣。然后隨機(jī)選擇的障礙被選擇性地消融，例如利用聚焦離子束銑。最后，當(dāng)它是在一個(gè)完整的障礙的補(bǔ)丁時(shí)，擴(kuò)散被衡量為足夠大的被捕獲的示蹤劑。由于消融障礙的部分增加，擴(kuò)散的范圍增加，最終，系統(tǒng)達(dá)到滲流閾值。滲流閾值可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的蒙特卡洛方法得到，并且反常次擴(kuò)散可被描述。一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是擴(kuò)散可通過(guò)改變示蹤大小和障礙晶格間距的比率得到改變。如果系統(tǒng)在示蹤劑的滲流閾值，其中示蹤劑直徑略低于晶格間距，較小的示蹤劑將顯示瞬態(tài)反常次擴(kuò)散以及較大的示蹤劑將被捕獲。針孔一種具有隨機(jī)針孔的薄膜可以作為制作障礙的模板。商業(yè)膜商業(yè)過(guò)濾膜是由核徑跡蝕刻或氧化鋁的氧化鋁產(chǎn)生的。不幸的是，對(duì)于校準(zhǔn)問(wèn)題，孔的密度太低，因此將需要定制膜。關(guān)于納米線陣列類似的工作已進(jìn)行了高密度優(yōu)化并且可能更適用。三維分形三維分形孔結(jié)構(gòu)可通過(guò)三維隨機(jī)分形的自組裝體制造，其中三維隨機(jī)分形的自組裝體可被用來(lái)作為生成多孔固體的模板。任意模式納米技術(shù)方法的最后組是能夠形成任意模式的完善的種類。它們?cè)谥圃旒{米結(jié)構(gòu)時(shí)有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榉闯U(kuò)散特性在計(jì)算機(jī)模擬中很好理解，如滲濾集群。缺點(diǎn)是，光刻法受到空間分辨率的限制，并且電子束光刻受到吞吐量的限制。粘合物候選系統(tǒng)的第二種類型以結(jié)合一個(gè)有限的結(jié)合位點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其中弱結(jié)合位點(diǎn)是常見(jiàn)的，強(qiáng)結(jié)合位點(diǎn)是少見(jiàn)的。擴(kuò)散是瞬時(shí)性反常，阻礙層的加層使擴(kuò)散在較長(zhǎng)時(shí)間里更反常。有關(guān)生物的結(jié)合位點(diǎn)陣列，如DNA，蛋白質(zhì)，適配體可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法得到，給出所需濃度和結(jié)合能的分布。在這里，一個(gè)特殊的要求是陣列必須在分子水平上是隨機(jī)的，沒(méi)有按照相同的結(jié)合位點(diǎn)安排。另外的一個(gè)特殊要求是一種初始狀態(tài)，在該狀態(tài)中示蹤劑不處于結(jié)合位點(diǎn)的熱平衡中。這種非平衡態(tài)可通過(guò)示蹤劑的快速混合或示蹤劑結(jié)合位點(diǎn)的光活化產(chǎn)生。如果示蹤劑處于結(jié)合位點(diǎn)的平衡中，擴(kuò)散將一直是緩慢的、正常的。毛孔中的單一擴(kuò)散第三類是基于毛孔中的單一擴(kuò)散，由它產(chǎn)生了具有固定的1/2指數(shù)的一維反常次擴(kuò)散。由于相關(guān)性，擴(kuò)散是反常的。如果粒子必須在單一文件中移動(dòng)，一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)需要許多相鄰粒子的集體運(yùn)動(dòng)。合成運(yùn)動(dòng)第四類是人工合成的運(yùn)動(dòng)，其中，它可以通過(guò)在壓電階段增加點(diǎn)熒光基團(tuán)和驅(qū)動(dòng)使用一些反常次擴(kuò)散算法階段直接生成反常次擴(kuò)散。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用了反常次擴(kuò)散的不同理論機(jī)制、測(cè)試了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)函數(shù)、合成運(yùn)動(dòng)測(cè)試了離軸畸變的影響。聚合物溶液最后一種系統(tǒng)類型使用聚合物作為示蹤劑，障礙，或兩者，具體的是，在溶劑中標(biāo)記的聚合物鏈，在聚合物溶液中的熒光球體或在聚合物溶液中標(biāo)記的聚合物鏈。局限性是反常次擴(kuò)散的短程和動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性。候選標(biāo)準(zhǔn)：正常具有受阻三維正常擴(kuò)散的標(biāo)準(zhǔn)也是有用的。嚴(yán)格地說(shuō)，這些可能有過(guò)渡反常次擴(kuò)散的短期階段，但擴(kuò)散近似正常。蛋白石蛋白