由于我自己既不做电子显微镜，又不做质谱仪，我决定把整合这两个技术的想法分享出来，也许有心者可以朝这个方向努力，虽然有可能会面临不小的困难，或许需要很长期的努力才可以实现。标题里说有希望拿诺贝尔奖只是我个人看法，是否做成功了真能得奖，我确定不了。但是不论是否能拿奖，如果能做到把这两个技术整合到一个仪器当中，这已经具有非常重要的科学意义，一定会成为重要的科学仪器，具有较高的商业价值，是个值得投入资金的技术开发。

     我想到要把这两个技术整合起来应该来说和自己的研究有一些关系。我先讲讲我缘何从自己的研究想到这样一个目标——这就解释了为什么整合这两个技术重要，再谈就我目前对这两个技术的粗浅了解来谈两个技术整合的潜在可行性。

     我博士期间最后一年、一年半的时间，接手了一个和血小板有关的研究（事实上血小板目前只是被我们用到使用超分辨率显微镜STED同时解析四种蛋白的做一个技术展示，改天我会专门介绍一下我们这个新技术）。之所以选择做血小板是因为这个微小的细胞被认为和癌症有非常多的关联，有做为癌症诊断细胞的潜在价值——为了方便我先省略掉一些参考文献，只简单总结一下一些发现：比如说在很多癌症患者体内，血小板都被发现大范围地激活；甚至血小板会主动地覆盖到肿瘤细胞的表面，避免肿瘤细胞和免疫细胞的接触，从而保护肿瘤细胞而不被免疫细胞杀死；血小板也会释放一些血管生成因子，促进给肿瘤细胞生长提供养料的血管生成，等等。血小板释放的一些蛋白因子常常被储存在一些胞内颗粒中（比如 $\alpha$ -granule），不同的因子可能被储存在不同的 $\alpha$ -granule里，而不少因子的释放又被发现是信号特异性的——这是非常有意思的发现。就我了解到的情况来看，血小板相关的研究者都非常想了解更多关于血小板针对特定的生化信号释放特定蛋白的情况。要研究这个，更进一步地了解 $\alpha$ -granule的膜组分也变得重要。这当中有好几层的意义。研究 $\alpha$ -granule内包裹的，可以对特定生化信号针对性释放的蛋白，从技术的角度来讲，需要将颗粒内的蛋白和颗粒外的蛋白做区分，这就需要 $\alpha$ -granule膜蛋白的标记。要了解被包裹的蛋白释放的整个过程，更需要了解 $\alpha$ -granule的胞内运输，以及 $\alpha$ -granule和细胞膜膜融合的过程，这都要求需要对 $\alpha$ -granule膜蛋白更多的了解。然而，目前人们对 $\alpha$ -granule膜蛋白组分的了解却非常有限，比较确定的是p-selectin（和很多蛋白一样，它有很多的名字，p-selectin是最近确定的标准名称），而这个蛋白的膜分布（在不被激活的情况下）在80年代初已经被发现的。30多年过去了，确定的 $\alpha$ -granule膜蛋白成员也几乎没有增加（我有搜索到别的蛋白，但是相关的文献为单数，也没有后续文献）。

      为什么会这样？我个人认为这是技术的局限导致的（还有一个解释是认为学术界缺乏研究兴趣导致没人去研究，但是这显然站不住脚）。电子显微镜可以在无须标记的情况下轻易地看出来膜在哪里或者观察一些细胞器的结构，但是却无法给出任何化学的信息。能够给出分子化学信息的技术，比如说质谱，却没办法提供分子在哪里的信息。将电子显微镜和质谱仪结合起来，就可以打破两个重要信息不可兼得的窘境——人们就可以做到在特定的生物结构位点，分析其化学成分，筛选出相关蛋白，极大地加速生物学研究。其科学意义，绝不局限于研究 $\alpha$ -granule的膜蛋白，它可以拓展到研究任何膜蛋白，甚至不仅仅是膜蛋白。当然如果研究胞浆蛋白，人们就需要对已知蛋白采用包裹了相应抗体的金颗粒进行标记，然后就可以在这个金颗粒附近10纳米左右的附近使用质谱分析蛋白组分，找到潜在的可以和已知蛋白产生相互作用的蛋白。这些蛋白被找出来之后，可以使用其他的各种生化方法对其进行提取纯化，在体外检测它们和已知蛋白的相互作用。电子显微镜和质谱仪的结合，显然会是具有重大科学意义的仪器。

      两个技术结合起来的可行性有大多呢？挑战肯定有，但是有几个整合两项技术的先决条件是满足的。电子显微镜和质谱都依赖电子的使用，前者是出于成像的目的，后者是使用电子对要分析的样品实现离子化。电镜扫描的精度非常高，说明控制电子束对样品进行离子化理论上也可以达到艾米或者纳米尺度，满足在特定位点使用质谱分析特定蛋白的要求。这两个技术实现都要求真空环境，不存在所需技术实现条件相互冲突的巨大矛盾。那主要的技术挑战呢？首先是样品的制备需要同时满足两个不同的技术的要求。并且，使用质谱分析薄薄的电镜所需的切片，信号是否足够强？如果用于分析使用金颗粒标记的蛋白周围的蛋白组分，如何去除大量金离子信号的影响？当然，由于本人对电子显微镜和质谱技术的了解有限，实际工作中或许会有更多的技术挑战，这就需要有兴趣开展相关技术开发研究的人员去克服的。

      话说，我搜索了一下试图将电子显微镜和质谱仪结合起来的研究，发现目前只有哥廷根的Max Planck Institute of Biophysical Chemistry 及其合作者在2010年有一个工作，但是他们解决的问题只是针对已知的，可自组装成某种结构的蛋白进行样品统一制备，达到满足这两个技术对同样方法制备的样品分别进行分析的要求，来研究不同的蛋白固定的方法对样品产生的影响。这和我这里提出的对同一个细胞样本切片，通过电镜扫描确定所需要研究的结构所在的位点，然后再使用质谱分析该位点上蛋白的组分并不是一回事。当然，凡事都应该先易后难地来解决，我也有理由相信如果条件允许，他们会在我于博文中提出的这个方向做努力。

来自哥廷根及合作者2010年的论文：

Merging Molecular Electron Microscopy and Mass Spectrometry by Carbon Film-assisted Endoproteinase Digestion. Florian M. Richter, Bjoern Sander, Monika M. Golas, Holger Stark, and Henning Urlaub. Mol Cell Proteomics. Molecular & Cellular Proteomics, 2010, 9:1729-1741.

http://www.mcponline.org/content/9/8/1729.long

-------------

补充：在文中我没有专门提到电镜在分辨率上的优势，这里专门提一下，现有其他的显像技术，没有办法达到电镜轻而易举就可以做到的艾米量级。有人在评论中提到基于质谱的MALDI显像技术，但是这个技术目前只能做到微米量级，差了一万倍，根本无法满足超分辨率显像的要求。有人在回复中提到Energy-dispersive X-ray spectroscopy 也可以用来分析化学组分，并且已经有商品仪器是和电镜整合了的，但是这个Energy-dispersive X-ray spectroscopy技术目前主要是用来分析无机物组分，离我在文章提出的鉴定和发现新蛋白的功能要求差太远。使用质谱可以得到蛋白的一维序列，我认为即使在未来这个Energy-dispersive X-ray spectroscopy也不可能做到这一点。