研究人員研發(fā)出一種新方法，可以在顯微鏡下觀察并追蹤快速移動(dòng)的大量物體，捕捉精確的三維運(yùn)動(dòng)路徑。這項(xiàng)研究公布在9月17日《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上，利用這種技術(shù)，研究人員追蹤了兩萬四千個(gè)快速運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞，記錄下了長達(dá)20秒時(shí)間內(nèi)這些細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)途徑，這在之前從未實(shí)現(xiàn)過。

“我們可以非常精確地，同時(shí)追蹤成千上萬個(gè)同時(shí)運(yùn)動(dòng)的的小物體，”加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員Aydogan Ozcan表示，“我們能實(shí)現(xiàn)亞微米精度的大規(guī)模追蹤，從而令我們?cè)诮y(tǒng)計(jì)學(xué)角度上了解了這些上萬個(gè)物體是如何以不同的方式移動(dòng)?！?/SPAN>

這一最新的成果開始于一項(xiàng)已進(jìn)行多年，美國國家科學(xué)基金會(huì)資助的研究項(xiàng)目，Ozcan和他的同事開發(fā)出了一種無需鏡片的全息顯微鏡技術(shù)，應(yīng)用于血源性疾病的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以及其他地區(qū)的遠(yuǎn)程醫(yī)療。這項(xiàng)研究近期獲得了Popular Mechanics突破獎(jiǎng)（Popular Mechanics Breakthrough Award），以及探險(xiǎn)家獎(jiǎng)（National Geographic Emerging Explorer Award）等，Ozcan的研究也獲得了美國NIH院長創(chuàng)新獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

最新研究中，Ozcan與來自加州大學(xué)洛杉磯分校，以及南京理工大學(xué)的Ting-Wei Su，Liang Xue（第一作者），利用紅光和藍(lán)光偏移波束建立了全息信息，加上先進(jìn)的軟件，精確的揭示了顯微鏡下移動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)途徑。

利用這種方法，研究人員在相對(duì)較寬的視場(chǎng)（超過17平方毫米）中，追蹤了超過1500個(gè)人類雄配子細(xì)胞，并觀察了幾秒鐘內(nèi)的大樣本量（高達(dá)17立方毫米）運(yùn)動(dòng)。

研究組開發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)，以及配套的一種用于處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的新型運(yùn)算算法，能揭示前所未知的細(xì)胞統(tǒng)計(jì)學(xué)途徑。研究人員發(fā)現(xiàn)人類雄配子細(xì)胞運(yùn)動(dòng)途徑彎彎曲曲，是一個(gè)不斷變化的路徑，偶爾還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)螺旋（90％的時(shí)間都是以順時(shí)針方向（右手）行走）。

一段時(shí)間內(nèi)樣品中只有百分之四到五的細(xì)胞會(huì)沿著螺旋路徑運(yùn)動(dòng)，因此研究人員如果沒有新型高通量顯微鏡技術(shù)，也無法觀察到這些罕見的行為。

“這項(xiàng)最新的研究是真正具有新穎性和創(chuàng)造性工作的一個(gè)延伸，”資助次項(xiàng)目，美國國家科學(xué)基金會(huì)生物光子學(xué)項(xiàng)目官員Leon Esterowitz說，“這種全息技術(shù)可以加速藥物研發(fā)，監(jiān)控危險(xiǎn)微生物疾病的藥物治療?！?/SPAN>

這篇PNAS論文也報(bào)道了24,000各細(xì)胞的持續(xù)性實(shí)驗(yàn)觀察。這樣大規(guī)模的觀測(cè)提供了有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的數(shù)據(jù)集，也是用于研究其它許多課題的新方法，比如實(shí)時(shí)觀察大量細(xì)胞藥理等各個(gè)方面的影響，這也是生育治療和藥物研發(fā)的一個(gè)有利工具。

同樣，這方法還可以令科學(xué)家們研究快速移動(dòng)的單細(xì)胞微生物。目前只能針對(duì)存在于不潔飲用水和農(nóng)村地區(qū)水中的許多危險(xiǎn)病原蟲，進(jìn)行小規(guī)模的觀察，而這種新型的，無鏡片全息成像技術(shù)則能揭示原生動(dòng)物行為特征，從而可以進(jìn)行新型藥物治療的實(shí)時(shí)檢測(cè)，預(yù)防致命的一些微生物侵害。