Trong quá khứ, nhiều khám phá đã được thực hiện bởi vì các phương pháp đo lường tốt hơn, chính xác hơn đã trở nên có sẵn, giúp có thể thu được dữ liệu từ các hiện tượng chưa được khám phá trước đó. Ví dụ, kính hiển vi có độ phân giải cao đã bắt đầu thay đổi đáng kể quan điểm của chúng ta về chức năng và động lực của tế bào. Các nhà nghiên cứu tại Cụm công nghệ xuất sắc của ImmunoSensation2 tại Đại học Bonn, Bệnh viện Đại học và trung tâm nghiên cứu caesar hiện đã phát triển một phương pháp cho phép sử dụng hình ảnh đa tiêu cự để tái tạo lại chuyển động của các quá trình sinh học nhanh trong không gian 3D.
Nhiều quá trình sinh học xảy ra ở quy mô nano đến milimét và trong vòng mili giây. Các phương pháp đã được thiết lập như kính hiển vi đồng tiêu phù hợp để ghi 3D chính xác nhưng thiếu độ phân giải theo thời gian hoặc không gian để giải quyết các quy trình 3D nhanh và yêu cầu các mẫu có nhãn. Đối với nhiều nghiên cứu trong sinh học, việc thu nhận hình ảnh ở tốc độ khung hình cao là điều cần thiết để ghi lại và hiểu các nguyên tắc chi phối các chức năng tế bào hoặc các hành vi nhanh của động vật. Thử thách mà các nhà khoa học phải đối mặt có thể được so sánh với việc theo dõi một trận đấu quần vợt gay cấn: Đôi khi không thể theo dõi quả bóng chuyển động nhanh với độ chính xác, hoặc quả bóng không được phát hiện trước khi nó đã vượt quá giới hạn.
Với các phương pháp trước đây, các nhà nghiên cứu không thể theo dõi ảnh chụp vì ảnh bị mờ hoặc đối tượng quan tâm chỉ đơn giản là không còn trong trường nhìn sau khi ảnh được chụp. Các phương pháp chụp ảnh đa tiêu điểm tiêu chuẩn cho phép chụp ảnh 3D tốc độ cao nhưng bị hạn chế bởi sự thỏa hiệp giữa độ phân giải cao và trường nhìn lớn, và chúng thường yêu cầu nhãn huỳnh quang sáng.
Lần đầu tiên, phương pháp được mô tả ở đây cho phép sử dụng hình ảnh đa tiêu điểm với cả trường nhìn rộng và độ phân giải không gian-thời gian cao. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học theo dõi chuyển động của các cấu trúc hình cầu và dạng sợi không được dán nhãn một cách nhanh chóng và chính xác.
Như được mô tả rất nổi bật trong nghiên cứu, phương pháp mới hiện cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về động lực của quá trình đánh cờ và mối liên hệ của nó với hành vi bơi của tinh trùng. Mối liên hệ này có thể thực hiện được vì các nhà nghiên cứu có thể ghi lại chính xác nhịp đập của tinh trùng bơi tự do ở chế độ 3D trong một thời gian dài và đồng thời theo dõi quỹ đạo tinh trùng của từng tinh trùng. Ngoài ra, các nhà khoa học xác định dòng chất lỏng 3D xung quanh tinh trùng đang đập. Những phát hiện như vậy không chỉ mở ra cánh cửa để tìm hiểu nguyên nhân của vô sinh, mà còn có thể được sử dụng trong cái gọi là "sinh học", tức là, chuyển các nguyên tắc được tìm thấy trong tự nhiên sang các ứng dụng kỹ thuật.
Các nhà nghiên cứu tại ImmunoSensation2 Cluster of Excellence đã có thể sử dụng phương pháp mới — và không chỉ để quan sát tinh trùng. Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để xác định bản đồ dòng chảy 3D là kết quả của việc đánh bại các lông mao chuyển động. Các lông mao di động đập theo cách tương tự như đuôi tinh trùng và vận chuyển chất lỏng. Dòng chảy do lông mao đóng một vai trò quan trọng trong não thất hoặc trong đường hô hấp, nơi nó phục vụ để vận chuyển chất nhầy ra khỏi phổi và vào cổ họng - đây cũng là cách các mầm bệnh được vận chuyển ra ngoài và ngăn chặn.
Khái niệm hình ảnh đa tiêu cự được báo cáo trong nghiên cứu này là hiệu quả về chi phí, có thể dễ dàng thực hiện và không phụ thuộc vào việc ghi nhãn đối tượng. Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng phương pháp mới của họ cũng có thể tìm đường vào các lĩnh vực khác và họ nhìn thấy nhiều tiềm năng khác các ứng dụng.
