ในอดีต มีการค้นพบมากมายเนื่องจากมีวิธีการวัดที่ดีขึ้นและแม่นยำยิ่งขึ้น ทำให้สามารถรับข้อมูลจากปรากฏการณ์ที่ยังไม่ได้สำรวจก่อนหน้านี้ได้ ตัวอย่างเช่น กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงได้เริ่มเปลี่ยนมุมมองของการทำงานของเซลล์และการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก นักวิจัยจาก ImmunoSensation2 Cluster of Excellence ที่มหาวิทยาลัยบอนน์ โรงพยาบาลมหาวิทยาลัย และซีซาร์ของศูนย์วิจัย ได้พัฒนาวิธีการที่อนุญาตให้ใช้ภาพที่โฟกัสหลายจุดเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวของกระบวนการทางชีววิทยาที่รวดเร็วในรูปแบบ 3 มิติ
กระบวนการทางชีววิทยาหลายอย่างเกิดขึ้นในระดับนาโนถึงมิลลิเมตรและภายในมิลลิวินาที วิธีการที่สร้างขึ้น เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลนั้นเหมาะสำหรับการบันทึก 3D ที่แม่นยำ แต่ขาดความละเอียดชั่วคราวหรือเชิงพื้นที่เพื่อแก้ไขกระบวนการ 3D ที่รวดเร็วและต้องใช้ตัวอย่างที่ติดฉลาก สำหรับการวิจัยทางชีววิทยาหลายๆ ครั้ง การได้ภาพที่อัตราเฟรมสูงเป็นสิ่งสำคัญในการบันทึกและทำความเข้าใจหลักการที่ควบคุมการทำงานของเซลล์หรือพฤติกรรมของสัตว์ที่เร็ว ความท้าทายที่นักวิทยาศาสตร์เผชิญอยู่นั้นเปรียบได้กับการแข่งขันเทนนิสที่น่าตื่นเต้น: ในบางครั้ง เป็นไปไม่ได้ที่จะติดตามลูกบอลที่เคลื่อนที่เร็วด้วยความแม่นยำ มิฉะนั้นจะไม่พบลูกบอลก่อนที่จะออกนอกสนาม
ด้วยวิธีการก่อนหน้านี้ นักวิจัยไม่สามารถติดตามภาพถ่ายได้ เนื่องจากภาพเบลอหรือวัตถุที่สนใจไม่อยู่ในระยะการมองเห็นอีกต่อไปหลังจากถ่ายภาพ วิธีการสร้างภาพ multifocal แบบมาตรฐานช่วยให้สามารถถ่ายภาพ 3D ความเร็วสูงได้ แต่มีข้อ จำกัด จากการประนีประนอมระหว่างความละเอียดสูงและระยะการมองเห็นที่กว้าง และมักต้องใช้ฉลากเรืองแสงที่สว่าง
นับเป็นครั้งแรกที่วิธีการที่อธิบายในที่นี้ช่วยให้สามารถใช้การถ่ายภาพหลายระยะที่มีทั้งระยะการมองเห็นที่กว้างและความละเอียดของเวลาเชิงพื้นที่สูง ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ติดตามการเคลื่อนที่ของโครงสร้างทรงกลมและเส้นใยที่ไม่ได้ติดฉลากอย่างรวดเร็วและแม่นยำ
ตามที่อธิบายไว้อย่างชัดเจนในการศึกษา วิธีการใหม่นี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่แปลกใหม่เกี่ยวกับพลวัตของการตีแฟลกเจลลาร์และการเชื่อมโยงกับพฤติกรรมการว่ายน้ำของสเปิร์ม การเชื่อมต่อนี้เป็นไปได้เนื่องจากนักวิจัยสามารถบันทึกจังหวะของตัวอสุจิที่ว่ายน้ำได้อย่างอิสระในแบบ 3 มิติได้อย่างแม่นยำในช่วงเวลาที่ยาวนานและติดตามเส้นทางของตัวอสุจิของตัวอสุจิแต่ละตัวพร้อมกัน นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังได้กำหนดการไหลของของเหลว 3 มิติรอบๆ ตัวอสุจิที่ตีอยู่ การค้นพบดังกล่าวไม่เพียงแต่เปิดประตูเพื่อทำความเข้าใจสาเหตุของภาวะมีบุตรยาก แต่ยังสามารถนำมาใช้ในสิ่งที่เรียกว่า “ไบโอนิค” กล่าวคือ การถ่ายโอนหลักการที่พบในธรรมชาติไปสู่การประยุกต์ใช้ทางเทคนิค
นักวิจัยจาก ImmunoSensation2 Cluster of Excellence สามารถใช้วิธีการใหม่ได้แล้ว ไม่ใช่แค่การสังเกตสเปิร์มเท่านั้น วิธีนี้ยังสามารถใช้เพื่อกำหนดแผนผังการไหล 3 มิติที่เกิดจากการตีของตาเคลื่อนที่ได้ ขนที่เคลื่อนที่ได้จะตีในลักษณะเดียวกันกับหางของอสุจิและของเหลวในการขนส่ง การไหลเวียนของ Cilia-driven มีบทบาทสำคัญในโพรงสมองหรือในทางเดินหายใจซึ่งทำหน้าที่ขนส่งเมือกออกจากปอดและเข้าไปในลำคอ ซึ่งเป็นวิธีการเคลื่อนย้ายและกำจัดเชื้อโรคด้วยเช่นกัน
แนวคิดเกี่ยวกับการถ่ายภาพแบบหลายโฟกัสที่รายงานในการศึกษานี้มีความคุ้มค่า สามารถนำไปใช้งานได้ง่าย และไม่พึ่งพาการติดฉลากวัตถุ นักวิจัยยืนยันว่าวิธีการใหม่นี้สามารถหาทางไปสู่สาขาอื่นๆ ได้เช่นกัน และพวกเขามองเห็นศักยภาพอื่นๆ อีกมากมาย การใช้งาน.
