清华大学化学系刘凯

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刘凯，清华大学长聘副教授。2007年本科毕业于聊城大学化学化工学院，2010年在中科院长春应化所稀土资源利用国家重点实验获得硕士学位，2010年‐2014年在荷兰格罗宁根大学Zernike（诺贝尔物理学奖获得者）先进材料研究所攻读博士学位，其后继续在该研究所从事博士后研究工作。目前主要从事生物材料（核酸、多肽及蛋白复合物）的光、电、磁、力学等功能化研究，在生物液晶、生物光电子器件、生物力学及生物仿生等领域开展了多项工作。迄今共发表SCI研究论文47篇，其中以第一作者已在Nat. Commun. ，PNAS，JACS，Adv. Mater.，Chem. Eur. J.， J. Mater. Chem.等期刊发表16篇。文章总他引1400余次，H‐index24，多篇论文被选为热点文章，以及封面，卷首插图等予以亮点报道。曾获得荷兰优秀博士论文并授予cum laude 荣誉、国家优秀自费留学生奖、德国朗盛人才奖等。


刘凯 长聘副教授，博士生导师
电话：010-62780190
电子邮箱：kailiu@tsinghua.edu.cn
办公室：生医馆D-206
招生&招聘专业：化学、生物材料、生物化工、生物医学、生物技术&信息技术交叉


教育背景
2010-2015   荷兰格罗宁根大学Zernike先进材料研究所 博士学位
2007-2010   中科院长春应化所稀土资源利用国家重点实验室 硕士学位
2003-2007       聊城大学化学化工学院 学士学位


工作履历
2020-            清华大学化学系长聘副教授、研究员、博导
2017-2020        中科院长春应化所稀土资源利用国家重点实验室 研究员、博导
2015-2017        荷兰格罗宁根大学&美国哈佛大学 博士后


学术兼职
生物及交叉科学技术领域专家（2019-）
中科院仪器装备研制项目专家（2018-）
中国工程院院刊Engineering青年通讯专家/客座编辑（2019-）
中国生物物理学会纳米生物学分会委员（2019-）
中国化学会《应用化学》编委（2018-）
Current Nanomedicine编委（2018-）
吉林省青年科协理事（2018-）


研究领域
聚焦于高性能、可编程生物分子（DNA、蛋白）及稀土杂化功能材料的生物合成及高技术产业化应用，主要研究方向包括：（1）通过合成生物学技术构建高强高韧生物纤维及稀土杂化高性能材料；（2）结构和力学性能可控的生物医用粘合剂、皮肤修复材料；（3）稀土基多模式生物成像试剂，用于癌症及神经退行性疾病诊疗；（4）生物大分子（DNA、蛋白）大规模低成本生物高效合成及其超高密度信息编码和大数据存储应用；（5）工程化稀土蛋白酶。


奖励与荣誉
科技创新特区重点项目首席科学家（2019）
中国青年化学家元素周期表代言镧元素（2019）
中科院卢嘉锡国际人才团队（2018）
吉林省青年科技奖（2018）
中科院长春分院青年先锋（2018）
国家高层次人才青年项目（2017）
荷兰NOW-Rubicon人才项目（2016）
荷兰优秀博士论文（Cum Laude，2015）
国家优秀自费留学生奖（2015）


学术成果
截止2020年7月，在Sci. Adv.，PNAS，Nat. Commun.，Angew. Chem.，JACS，Adv. Mater.，Chem. Soc. Rev.，Acc. Chem. Res.等期刊发表论文80余篇,他引2500余次。


近三年代表性论文：
1.C. Ma, J. Dong, M. Viviani, I. Tulini, N. Pontillo, S. Maity, Y. Zhou, W. H. Roos, K. Liu*, A. Herrmann*, G. Portale*, Denovo rational design of a freestanding, supercharged polypeptide, proton conducting membrane, Sci. Adv. 2020, abc0810.
2.B. Shao, S. Wan, C. Yang, J. Shen, Y. Li, H. You, D. Chen, C. Fan, K. Liu*, H. Zhang*, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202007676.
3.Y. Zhang, L. Kong, F. Wang, B. Li, C. Ma, D. Chen*, K. Liu*, C. Fan, H. Zhang, Information stored in nanoscale: encoding data in a single DNA strand with Base64, Nano Today 2020, 33, 100871.
4.Y. Li, J. Li, J. Sun, H. He, B. Li, C. Ma, K. Liu*, H. Zhang, Bio-inspired and Mechanically Strong Fibers Based on Engineered Non-Spider Chimeric Proteins, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 8148.
5.J. Li, B. Li, J. Sun, C. Ma, S. Wan, Y. Li, R. Gostl, A. Herrmann, K. Liu*, H. Zhang, Engineered Near-Infrared Fluorescent Protein Assemblies for Robust Bioimaging and Therapeutic Applications, Adv. Mater. 2020, 32, 2000964.
6.H. He, C. Yang, F. Wang*, Z. Wei, J. Shen, D. Chen, C. Fan, H. Zhang, K. Liu*, Mechanically strong globular protein-based fibers via microfluidic spinning technique, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 4344.
7.J. Zhang, J. Sun, B. Li, C. Yang, J. Shen, N. Wang, R. Gu, D. Wang*, D. Chen, H. Hu*, C. Fan, H. Zhang, K. Liu*, Robust Biological Fibers Based on Widely Available Proteins: Facile Fabrication and Suturing Application, Small 2020, 16, 1907598.
8.Z. Sun, C. Yang, F. Wang, B. Wu, B. Shao, Z. Li, D. Chen*, Z. Yang*, K. Liu*, Biocompatible and pH‐Responsive Colloidal Surfactants with Tunable Shape for Controlled Interfacial Curvature, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1.
9.C. Ma, J. Su, B. Li, A. Herrmann, H. Zhang, K. Liu*, Solvent-free plasticity and programmable mechanical behaviors of engineered proteins, Adv. Mater. 2020, 32, 1907697.
10.B. Wu, C. Yang, B. Li, L. Feng, M. Hai, C. Zhao, D. Chen*, K. Liu*, D. Weitz, Active Encapsulation in Biocompatible Nanocapsules, Small, 2020, 16, 2002716.
11.J. Sun, J. Su, C. Ma, R. Gostl, A. Herrmann, K. Liu*, H. Zhang,Fabrication and mechanical properties of engineered protein-based adhesives and fibers, Adv. Mater. 2020, 32, 1906360.
12.C.Ma, J. Su, Y. Sun, Y. Feng, N. Shen, B. Li, Y. Liang, X. Yang, H. Wu, H. Zhang, A. Herrmann*, R. E. Tanzi, K. Liu*, C. Zhang*, Significant upregulation of Alzheimer’s β-amyloids in vivo induced by extracellular elastin polypeptides, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18703.
13.H. He, K. Zhao, L. Xiao, Y. Zhang, Y. Cheng, S. Chen, L. Zhang*, X. Zhou*, K. Liu*, H. Zhang, Detection and chiral recognition of α-hydroxyl acid through proton and CEST NMR using Yb macrocyclic complex, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18286.
14.L. Zhang, C. Ma, J. Sun, B. Shao, D. Chen, G. Portale, K. Liu*, A. Herrmann*, Genetically engineered supercharged polypeptide fluids: fast and persistent self-ordering induced by a touch, Angew. Chem. Int. Ed. 2018. 57, 6878.
15.L. Zhang, S. Maity, K. Liu*, Q. Liu, R. Gostl, G. Portale, W. H. Roos, A. Herrmann*, Nematic DNA thermotropic liquid crystals with photo-responsive mechanical properties, Small 2017, 13, 1701207.


近年专利：
1.刘凯，孟卓君，王帆，张洪杰 201910197704.5   一种核酸凝胶纤维及其制备方法。
2.刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 201910299527.1   一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用。
3.刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 201910308358.3   一种微流控纺丝装置及方法。
4.刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 201910308064.0   一种3D打印系统及纤维的打印方法。
5.刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 201910308070.6   一种微流控纺丝装置及方法。
6.刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 201910308340.3   一种微流控纺丝装置及方法。
7.刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 201910308315.5   一种高透光抗冲击树脂-螺旋型纳米纤维复合膜、其制备方法及其应用。
8.刘凯，孙静，马超，张洪杰 201910777870.2   一种高强度的稀土蛋白粘合剂及其制备方法。
9.刘凯，孙静，马超，张洪杰 201910777873.6   一种高粘合强度的生物粘合剂及其制备方法。
10.刘凯，马超，孙静，张洪杰 201910778155.0 一种基于生物工程蛋白的生物粘合剂及其制备方法。
11.刘凯，马超，孙静，张洪杰 201910778135.3 一种稀土蛋白纤维及其制备方法。
12.刘凯，何浩男，张磊，张洪杰 201910977518.3 一种适用于化学交联成型的微流控生物纺丝技术。
13.刘凯，何浩男，张磊，张洪杰 201910977519.8 一种蛋白纤维测试装置。
14.刘凯，何浩男，王帆，张洪杰 201911243181.X 一种适用于超强生物纤维的测试装置。
15.刘凯，于洋，李敬敬，张洪杰 201911244702.3 一种适用于蛋白短纤维测试装置。
16.刘凯，张津瑞，李博，张洪杰 201911243191.3 一种环境盒装置及其使用方法。
17.刘凯，李博，李敬敬，张洪杰 202010111611.9 一种大批量纯化克级力学功能蛋白的层析柱的制备方法及再生方法。
18.刘凯，李博，李敬敬，张洪杰 202010111619.5 一种大批量纯化克级力学功能蛋白的方法。
19.刘凯，张轶，王帆，张洪杰 202010213191.5 一种文件存储方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
20.刘凯，李敬敬，李远鑫，张洪杰 202010303454.1 一种嵌合蛋白及其制备方法和应用。
21.刘凯，张津瑞，李博，张洪杰 202010319476.7 天然蛋白纤维的制备及其应用。
22.刘凯，孙静，马超，张洪杰 202010500778.4 光响应蛋白纤维及其制备方法。

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稀土纳米材料由于其优异的光电磁学性能，使其成为照明、显示、光伏、催化及生物医药等领域中不可或缺的材料。随着纳米科技的发展，新一代微型光电功能器件对纳米材料制备提出了新的要求，所需纳米材料不仅要具有长程有序的组装结构，同时还要有柔性易加工的特点。众所周知，受制于纳米尺度颗粒间强的作用力，无机纳米材料在无溶剂介质的条件下，会产生严重的团聚现象，即使高温处理也不会产生介晶相，从而严重制约了稀土纳米材料面向新一代智能微型器件的应用。因此，实现稀土纳米材料介晶相行为，对于发掘其新的物化特性及光电器件应用具有重要意义。

       鉴于此，张洪杰院士、刘凯副教授团队受有机热致液晶分子刚柔并济结构的启发，发展了一种稀土纳米晶表面修饰的策略，实现了稀土纳米晶的热致介晶相，并系统研究了颗粒形貌及尺寸对介晶相的影响，并发展了稀土介晶相的极化荧光性能。
       研究人员通过对稀土纳米晶表面进行共价修饰柔性链段，以此为刚性的纳米颗粒引入可滑移的柔性结构部分，进而实现了稀土纳米晶在无溶剂条件下的长程有序流体行为。研究人员系统地研究了颗粒形貌（零微、一维及二维）及尺寸对形成稀土介晶相的影响，并详尽分析了稀土介晶相内颗粒组装的规律及偏光特性。差热扫描研究表明该稀土介晶相具有非常宽的温区（-40 ℃-200 ℃），有望在极端温度条件下获得应用。另外，研究人员研究了该系列稀土纳米晶介晶相的偏振激发的上转换及下转换发光特性。因此该系列稀土纳米介晶相对发展无机纳米材料新的光电特性，实现稀土纳米材料长程有序组装和柔性加工具有重要的意义，在新一代微型智能光电器件有广泛的应用前景。


      论文信息: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007676
      Engineered Anisotropic Fluids of Rare Earth Nanomaterials
      Baiqi Shao; Sikang Wan; Chenjing Yang; Jianlei Shen; Yiwen Li; Hongpeng You; Dong Chen; Chunhai Fan; Kai Liu; Hongjie Zhang
      Angewandte Chemie International Edition
      DOI: 10.1002/anie.202007676