构建新型医疗纳米生物传感器：合成生物学与碳纳米技术的融合研究

【项目介绍】 蛋白质是自然界自己的分子机器，承担着从催化、分子识别到能量转换等多种功能。纳米技术领域的一个重大挑战是如何在非生物环境中利用蛋白质的分子特性，例如在分子电子器件（如晶体管）、环境检测系统、临床监测甚至抗击抗菌素耐药性方面的应用。

本项目旨在通过蛋白质工程使其与最重要的一类纳米材料——石墨烯及其相关材料碳纳米管——以精确且可控的方式相互作用，从而应对这一重大挑战。我们的目标是让蛋白质与碳纳米材料进行通信，使一方的事件能够引发另一方的变化，这将构成可用于生物传感等领域的纳米器件的基础。为实现这一目标，您将采用合成生物学方法，重新编程遗传密码，使具有自然界中不存在化学性质的氨基酸能够被整合到目标蛋白的精确位置。Jones团队最近利用这种化学方法实现了蛋白质与纳米碳表面（如石墨烯和CNTs）的界面连接，甚至在独立的CNTs之间生成了蛋白质连接。

您的项目将涉及工程化蛋白质以包含新的化学特性，并在石墨烯和CNTs的背景下利用这些新化学特性。您最初的重点将是开发一种新的实时传感系统，用于检测与细菌病原体相关的临床重要生物标志物。项目的这一方面将侧重于识别蛋白（称为纳米抗体）的选择、设计和工程化。纳米抗体是抗体的微型版本，但仍保持其全长亲本的结合特异性和亲和力。通过将纳米抗体与纳米碳耦合，您将能够检测广泛的生物学和疾病相关生物标志物，在本项目中特指与病原菌相关的标志物。

这是一个真正的跨学科项目，将建立在您对生物化学/生物技术和合成生物学的兴趣之上，同时包含化学和物理学的元素，包括单分子分析。

【涉及技术】 计算分析与蛋白质设计（建模与动力学）、纳米抗体进化、分子生物学（克隆与诱变）、合成生物学（重编程遗传密码系统）、蛋白质化学（纯化与分析）、生物物理分析（荧光与表面等离子共振）、单分子成像（原子力显微镜）、生物传感器构建与电学测量。

【申请要求】 入学要求：通常需要英国一等或二等一级荣誉学位或同等学历。 适用专业：适合生物学及相关科学专业的毕业生，包括解剖学、生理学和病理学、听力和口腔科学、生物医学科学、生物学、化学、计算机科学与信息学、法医学、遗传学、医学、神经科学、验光与视觉科学、数学与统计学、药理学、心理学、运动科学和动物学。

语言要求：雅思总分6.5，各单项不低于5.5，或同等成绩。详情请参阅英语语言要求指南。

【资助信息】 本项目适合自费或外部资助的在卡迪夫大学寻找博士职位的学生。所需资金需涵盖学费、实验费和生活费。

【联系方式】 导师：Prof Dafydd Jones 邮箱：jonesdd@cardiff.ac.uk 电话：+44 29 20874290

【申请方式】 您可在线申请——申请生物科学博士学位时将自动被考虑。 请使用我们的在线申请服务：https://www.cardiff.ac.uk/study/postgraduate/research/programmes/programme/biosciences-phd-mphil-md 请在申请时注明您申请的是此特定项目、导师及资助来源。 申请流程信息可在此处找到：http://www.cardiff.ac.uk/study/postgraduate/applying

【参考文献】 [1] Gwyther, R. E. A. et al. Differential Bio-Optoelectronic Gating of Semiconducting Carbon Nanotubes by Varying the Covalent Attachment Residue of a Green Fluorescent Protein. Advanced Functional Materials 32, 2112374 (2022). [2] Xu, X. et al. Tuning Electrostatic Gating of Semiconducting Carbon Nanotubes by Controlling Protein Orientation in Biosensing Devices. Angew Chem Int Ed Engl 60, 20184-20189 (2021). [3] Thomas, S. K. et al. Site-Specific Protein Photochemical Covalent Attachment to Carbon Nanotube Side Walls and Its Electronic Impact on Single Molecule Function. Bioconjug Chem 31, 584-594 (2020). [4] Freeley, M. et al. Site-Specific One-to-One Click Coupling of Single Proteins to Individual Carbon Nanotubes: A Single-Molecule Approach. J Am Chem Soc 139, 17834-17840 (2017).