Di masa lalu, banyak penemuan telah dibuat karena metode pengukuran yang lebih baik dan lebih akurat telah tersedia, sehingga memungkinkan untuk memperoleh data dari fenomena yang belum dijelajahi sebelumnya. Misalnya, mikroskop resolusi tinggi telah mulai secara dramatis mengubah perspektif kita tentang fungsi dan dinamika sel. Para peneliti di ImmunoSensation2 Cluster of Excellence di University of Bonn, University Hospital dan pusat penelitian caesar kini telah mengembangkan metode yang memungkinkan penggunaan gambar multi-fokus untuk merekonstruksi pergerakan proses biologis cepat dalam 3D.
Banyak proses biologis terjadi pada skala nano hingga milimeter dan dalam milidetik. Metode mapan seperti mikroskop confocal cocok untuk perekaman 3D yang tepat tetapi tidak memiliki resolusi temporal atau spasial untuk menyelesaikan proses 3D yang cepat dan memerlukan sampel berlabel. Untuk banyak penyelidikan dalam biologi, akuisisi gambar pada kecepatan bingkai tinggi sangat penting untuk merekam dan memahami prinsip-prinsip yang mengatur fungsi seluler atau perilaku hewan cepat. Tantangan yang dihadapi para ilmuwan dapat dibandingkan dengan mengikuti pertandingan tenis yang mendebarkan: Kadang-kadang tidak mungkin untuk mengikuti bola yang bergerak cepat dengan presisi, atau bola tidak ditemukan sebelum berada di luar batas.
Dengan metode sebelumnya, para peneliti tidak dapat melacak bidikan karena gambarnya buram atau objek yang diinginkan tidak lagi berada di bidang pandang setelah gambar diambil. Metode pencitraan multifokal standar memungkinkan pencitraan 3D berkecepatan tinggi tetapi dibatasi oleh kompromi antara resolusi tinggi dan bidang pandang besar, dan sering kali memerlukan label fluoresen terang.
Untuk pertama kalinya, metode yang dijelaskan di sini memungkinkan pencitraan multifokal dengan bidang pandang yang luas dan resolusi spatio-temporal yang tinggi untuk digunakan. Dalam studi ini, para ilmuwan melacak pergerakan struktur bola dan filamen yang tidak berlabel dengan cepat dan akurat.
Seperti yang sangat mencolok dijelaskan dalam penelitian ini, metode baru sekarang memberikan wawasan baru tentang dinamika pemukulan flagela dan hubungannya dengan perilaku berenang sperma. Hubungan ini dimungkinkan karena para peneliti mampu secara tepat merekam detak flagellar sperma yang berenang bebas dalam 3D dalam jangka waktu yang lama dan secara bersamaan mengikuti lintasan sperma dari masing-masing sperma. Selain itu, para ilmuwan menentukan aliran cairan 3D di sekitar sperma yang berdetak. Temuan tersebut tidak hanya membuka pintu untuk memahami penyebab infertilitas, tetapi juga dapat digunakan dalam apa yang disebut "bionik", yaitu transfer prinsip yang ditemukan di alam ke aplikasi teknis.
Para peneliti di ImmunoSensation2 Cluster of Excellence sudah dapat menggunakan metode baru—dan tidak hanya mengamati sperma. Metode ini juga dapat digunakan untuk menentukan peta aliran 3D yang dihasilkan dari pemukulan silia motil. Silia motil berdetak dengan cara yang mirip dengan ekor sperma dan mengangkut cairan. Aliran yang digerakkan silia memainkan peran penting di ventrikel otak atau di saluran udara di mana ia berfungsi untuk mengangkut lendir keluar dari paru-paru dan masuk ke tenggorokan - ini juga bagaimana patogen diangkut keluar dan dilawan.
Konsep pencitraan multi-fokal yang dilaporkan dalam penelitian ini hemat biaya, dapat dengan mudah diimplementasikan, dan tidak bergantung pada pelabelan objek. Para peneliti menegaskan bahwa metode baru mereka dapat menemukan jalannya ke bidang lain juga, dan mereka melihat banyak potensi lainnya aplikasi.
