研究人員研發出一種新方法，可以在顯微鏡下觀察并追蹤快速移動的大量物體，捕捉精確的三維運動路徑。這項研究公布在9月17日《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜志上，利用這種技術，研究人員追蹤了兩萬四千個快速運動的細胞，記錄下了長達20秒時間內這些細胞的運動途徑，這在之前從未實現過。

“我們可以非常精確地，同時追蹤成千上萬個同時運動的的小物體，”加州大學洛杉磯分校的研究人員Aydogan Ozcan表示，“我們能實現亞微米精度的大規模追蹤，從而令我們在統計學角度上了解了這些上萬個物體是如何以不同的方式移動。”

這一最新的成果開始于一項已進行多年，美國國家科學基金會資助的研究項目，Ozcan和他的同事開發出了一種無需鏡片的全息顯微鏡技術，應用于血源性疾病的現場檢測，以及其他地區的遠程醫療。這項研究近期獲得了Popular Mechanics突破獎（Popular Mechanics Breakthrough Award），以及探險家獎（National Geographic Emerging Explorer Award）等，Ozcan的研究也獲得了美國NIH院長創新獎等多個獎項。

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

利用這種方法，研究人員在相對較寬的視場（超過17平方毫米）中，追蹤了超過1500個人類雄配子細胞，并觀察了幾秒鐘內的大樣本量（高達17立方毫米）運動。

研究組開發的這項技術，以及配套的一種用于處理觀測數據的新型運算算法，能揭示前所未知的細胞統計學途徑。研究人員發現人類雄配子細胞運動途徑彎彎曲曲，是一個不斷變化的路徑，偶爾還會出現一個螺旋（90％的時間都是以順時針方向（右手）行走）。

一段時間內樣品中只有百分之四到五的細胞會沿著螺旋路徑運動，因此研究人員如果沒有新型高通量顯微鏡技術，也無法觀察到這些罕見的行為。

“這項最新的研究是真正具有新穎性和創造性工作的一個延伸，”資助次項目，美國國家科學基金會生物光子學項目官員Leon Esterowitz說，“這種全息技術可以加速藥物研發，監控危險微生物疾病的藥物治療。”

這篇PNAS論文也報道了24,000各細胞的持續性實驗觀察。這樣大規模的觀測提供了有統計學意義的數據集，也是用于研究其它許多課題的新方法，比如實時觀察大量細胞藥理等各個方面的影響，這也是生育治療和藥物研發的一個有利工具。

同樣，這方法還可以令科學家們研究快速移動的單細胞微生物。目前只能針對存在于不潔飲用水和農村地區水中的許多危險病原蟲，進行小規模的觀察，而這種新型的，無鏡片全息成像技術則能揭示原生動物行為特征，從而可以進行新型藥物治療的實時檢測，預防致命的一些微生物侵害。