刘凯博士，长聘教授 、博导
国家杰青（化学生物学）、教育部创新团队负责人
清华大学稀土新材料教育部工程研究中心常务副主任
研究领域：生物合成化学、生物材料、稀土生物制造、生物技术交叉
电话：010-62791893
电子邮箱：kailiu@tsinghua.edu.cn
办公室：生物医学馆D-207
每年招收博士生1-2名，常年招聘博后，欢迎联系！
工作及教育经历
| 2023.7- |
清华大学化学系长聘教授、博导、PI |
| 2022.10- |
清华大学稀土新材料教育部工程研究中心固定成员 |
| 2021.11- |
清华大学合成与系统生物学研究中心固定成员 |
| 2020.7-2023.6 |
清华大学化学系长聘副教授、博导、PI |
| 2017.3-2020.7 |
中科院长春应用化学研究所研究员、博导、PI |
| 2015.3-2017.3 |
荷兰格罗宁根大学、 美国哈佛大学 博士后 |
| 2010.8-2015.3 |
荷兰格罗宁根大学 Cum Laude博士学位 |
奖励与荣誉
Young Innovator Award of Nano Research （2023）
科技部“前沿生物技术”重点专项指南编制专家（2023）
中国稀土科学技术一等奖（2022）
教育部创新团队负责人（2022）
大兴新国门领军人才（2022）
中国化学会生命化学青年创新奖（2022）
国家杰出青年科学基金（2021）
十三五科技创新成果展（2021）
中国生物技术创新大会青年人才优秀团队奖（2020）
中国工程院院刊Engineering优秀通讯专家（2020、2021、2022）
中国稀土十大科技新闻（2020）
国家重点项目首席科学家（2019）
中国青年化学家元素周期表（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）
国家海外高层次青年人才计划（2016）
荷兰NWO-Rubicon海外人才项目（2016）
荷兰优秀博士论文（Cum Laude，2015）
国家优秀自费留学生奖（2015）
学术兼职
北京济宁博士联盟先进制造专委会副主任委员（2023-）
中国稀土学会理事（2022-）
中国稀土学会青年工作委员会副主任委员（2022-）
中国稀土学会稀土材料化学与生物技术交叉专委会副主任委员（2022-）
中国水利电力医学科学技术学会创新医药分会常委专家、副秘书长（2022-）
山东金乡产业发展顾问（2022-）
ACS Applied Bio Materials编委（2022-）
Journal of Functional Biomaterials编委（2022-）
中国工程院院刊Engineering客座评审编辑（2019-）
浙江温州市政府科技顾问（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》青年编委（2018-）
Current Nanomedicine编委（2018-）
吉林省青年科协理事（2018-）
教书育人
首批“清华大学基础课程教学团队”《大学化学》骨干教师
讲授课程：本科生《大学化学A》、《大学化学B》
清华大学致理书院本科生班主任、学业导师
研究方向
1. 生物合成化学及生物技术交叉
2. 稀土生物合成系统及应用
3. 高性能蛋白材料生物合成及规模化制备应用
4. 生物分子信息材料及存储应用
科研成果
发展了高表达力细胞合成体系完成了高强高韧生物蛋白纤维的宏量制备和特种应用；构建了系列超黏附/高弹/超润滑/超硬/可塑性强等特性生物蛋白材料和对脏器封堵、创伤愈合、组织和骨修复的应用；创建了稀土细胞制造体系实现了稀土生物法分离到稀土高值产品的应用开发；发展了适配生物大分子编解码策略，完成了大数据的高密度存储应用验证。截止2023年7月，发表论文150余篇，包括 Nat. Commun./Sci. Adv./PNAS/Matter /CCS Chem/ J. Am. Chem. Soc./Angew. Chem. Int. Ed./Adv. Mater./Adv. Sci. 50余篇；系列研究成果被Nat. Rev. Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、ScienceDaily、AAAS等国际科技媒体进行亮点评述和专题报道150余次；申请发明专利50余项，授权30余项，多项成果获得投资转化。
代表性论文：
1. J. Sun, J. Zhang, L. Zhao, S. Wan, B. Wu, C. Ma, J. Li, F. Wang, X. Xing*, D. Chen*, H. Zhang, K. Liu*, Contribution of Hydrogen Bond Nanoarchitectonics to Switchable Photo-Thermal-Mechanical Properties of Bio-inorganic Fibers, CCS Chem., 2023, 5, 1242.
2. J. Sun, H. He, K. Zhao, W. Cheng, Y. Li, P. Zhang, S. Wan, Y. Liu, M. Wang, M. Li, Z. Wei, B. Li, Y. Zhang, C. Li, Y. Sun, J. Shen, J. Li, F. Wang, C. Ma, Y. Tian, J. Su*, D. Chen*, C. Fan, H. Zhang, K. Liu*, Protein fibers with self-recoverable mechanical properties via dynamic imine chemistry, Nat. Commun. 2023, 16839.
3. Y. Zhang, C. Ma, S. Wan, C. Li, J. Shen, J. Li, F. Wang*, X. Liu, H. Zhang, C. Fan*, K. Liu*, Super strong and tough DNA bulk fibers via metal ion-induced multiscale engineering, Matter, 2023, 01424.
4. H. Cui, X. Zhang, J. Chen, X. Qian, Y. Zhong, C. Ma*, H. Zhang, K. Liu*, The Construction of Microbial Synthesis System for Rare Earth Enrichment and Material Applications, Adv. Mater., 2023, 2303457.
5. Y. Ren, Y. Zhang, Y. Liu, Q. Wu, H. Hu*, J. Li*, C. Fan, D. Chen*, K. Liu*, H. Zhang, Highly Reliable and Efficient Encoding Systems for Hexadecimal Polypeptide-based Data Storage, Fundamental Research, 2023, 3, 298.
6. K. Zhao, B. Li, Y. Sun, B. Jia, J. Chen, W. Cheng, L. Zhao, J. Li,F. Wang, J. Su, Jing Sun, B. Han*, Y. Liu*, H. Zhang, K. Liu*, Engineered Bicomponent Adhesives with Instantaneous and Superior Adhesion Performance for Wound Sealing and Healing Applications, Adv. Funct. Mater., 2023, 202303509.
7. Z. Wang, X. Gu, B. Li, J. Li, F. Wang, J. Sun*, H. Zhang, K. Liu*, W. Guo*, Molecularly engineered protein glues with superior adhesion performance, Adv. Mater., 2022, 2204590.
8. K. Zhao, Y. Liu*, Y. Ren, B. Li, J. Li, F. Wang, C. Ma, F. Ye*, J. Sun*, H. Zhang, K. Liu*, Molecular Engineered Crown-Ether–Protein with Strong Adhesion over a Wide Temperature Range from -196 to 200°C, Angew. Chem. Int. Ed., 2022, e202207425.
9. Y. Liu, Y. Ren, J. Li*, F. Wang, F. Wang, C. Ma, D. Chen*, X. Jiang, C. Fan, H. Zhang, K. Liu*, In vivo processing of digital information molecularly with targeted specificity and robust reliability, Science Advances, 2022, 8, eabo7415.
10. L. Zhao, J. Li, L. Zhang, X. Gu, W. Wei*, J. Sun*, F. Wang*, C. Chen, Y. Zhao, H. Zhang, K. Liu*, Biosynthetic protein and nanocellulose composite fibers with extraordinary mechanical performance, Nano Today, 2022, 44, 101485.
11. J. Su, B. Liu, H. He, C. Ma, B. Wei*, M. Li, J. Li, F. Wang, J. Sun*, K. Liu*, H. Zhang, Engineering high strength and super toughness of unfolded structural proteins and their extraordinary anti-adhesion performance for abdominal hernia repair, Adv. Mater., 2022, 34 (19), 2200842.
12. Y. Liu, K. Zhao, Y. Ren, S. Wan, C. Yang, J. Li, F. Wang, C. Chen, J. Su*, D. Chen*, Y. Zhao, K. Liu*, H. Zhang, Highly Plasticized Lanthanide Luminescence for Information Storage and Encryption Applications, Adv. Sci., 2022, 9 (7), 2105108.
13. Z. Meng, Q. Liu, Y. Zhang, J. Sun, C. Yang, H. Li, M. Loznik, R. Göstl, D. Chen, F. Wang*, N. A. Clark, H. Zhang, A. Herrmann*, K. Liu*, Highly stiff and stretchable DNA liquid crystalline organogels with super plasticity, ultrafast self-healing and magnetic response behaviors, Adv. Mater. 2021, 33, 2106208.
14. J. Li, Y. Sun, Y. Liang, J. Ma*, B. Li, C. Ma, R. Tanzi, H. Zhang, K. Liu*, C. Zhang*, Extracellular elastin molecule modulates Alzheimer’s Aβ dynamics in vitro and in vivo by affecting microglial activities, CCS Chem. 2021, 3, 1830.
15. J. Sun, L. Xiao, B. Li, K. Zhao, Z. Wang, Y. Zhou, C. Ma, J. Li, H. Zhang, A. Herrmann*, K. Liu*, Genetically engineered polypeptide adhesive coacervates for surgical applications, Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 23687.
16. L. Xiao, Z. Wang, Y. Sun, B. Li, B. Wu, C. Ma, V. S. Petrovskii, X. Gu, D. Chen, I. I. Potemkin, A. Herrmann, H. Zhang, K. Liu*, An artificial phase‐transitional underwater bioglue with robust and switchable adhesion performance, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 12082.
17. C. Ma, B. Li, J. Zhang, Y. Sun, J. Li, H. Zhou, J. Shen, R. Gu, J. Qian, C. Fan, H. Zhang, K. Liu*, Significantly improving the bioefficacy for rheumatoid arthritis with supramolecular nanoformulations, Adv. Mater. 2021, 33, 2100098.
18. S. Wang, B. Li, H. Zhang, J. Chen, X. Sun, J. Xu, T. Ren, Y. Zhang, C. Ma*, W. Guo*, K. Liu*, Improving Bioavailaibity of Hydrophobic Prodrugs through Supramolecular Nanocarriers based on Recombinant Proteins for Osteosarcoma Treatment, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 11252.
19. C. Ma, J. Sun, B. Li, Y. Feng, Y. Sun, L. Xiang, B. Wu, L. Xiao, B. Liu, V. S. Petrovskii, B. Liu, J. Zhang, Z. Wang, H. Li, L. Zhang, J. Li, F. Wang, R. Gostl, I. I. Potemkin, D. Chen, H. Zeng, H. Zhang, D. Weitz, K. Liu*, A. Herrmann*, Ultra-strong bio-glue from genetically engineered polypeptides, Nat. Commun. 2021, 12, 3613.
20. J. Sun, C. Ma, S. Maity, F. Wang, Y. Zhou, G. Portale, R. Göstl, W. H. Roos, H. Zhang, K. Liu*, A. Herrmann*, Reversibly photo-modulating mechanical stiffness and toughness of bioengineered protein fibers, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 3222.
21. J. Sun, C. Ma, B. Li, F. Wang, K. Liu*, H. Zhang, Proteinaceous fibers with outstanding mechanical properties manipulated by supramolecular interactions, CCS Chem. 2021, 3, 1669.
22. C. Ma, B. Li, B. Shao, B. Wu, D. Chen, J. Su*, H. Zhang, K. Liu*, Anisotropic protein organofibers encoded with extraordinary mechanical behaviors for cellular mechanobiology applications, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 21481.
23. 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, 6, eabc0810.
24. B. Shao, S. Wan, C. Yang, J. Shen, Y. Li, H. You, D. Chen*, C. Fan, K. Liu*, H. Zhang*, Engineered Anisotropic Fluids of Rare Earth Nanomaterials, Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 18213.
25. 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.
26. 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.
27. J. Li, B. Li, J. Sun, C. Ma, S. Wan, Y. Li, R. Göstl, A. Herrmann, K. Liu*, H. Zhang, Engineered Near-Infrared Fluorescent Protein Assemblies for Robust Bioimaging and Therapeutic Applications, Adv. Mater. 2020, 32, 2000964.
28. 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.
29. 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, 9365.
30. 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.
31. J. Sun, J. Su, C. Ma, R. Göstl, A. Herrmann, K. Liu*, H. Zhang, Fabrication and mechanical properties of engineered protein-based adhesives and fibers, Adv. Mater. 2020, 32, 1906360.
32. 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.
33. 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.
34. 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.
35. K. Liu, C. Ma, R. Göstl*, L. Zhang, bA. Herrmann*, Liquefaction of biopolymers: solvent-free liquids and liquid crystals from nucleic acids and proteins, Acc. Chem. Res., 2017, 50, 1212.
36. K. Liu, L. Zheng, C. Ma, R. Göstl*, A. Herrmann*, DNA-surfactant complexes: self-assembly properties and applications, Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 5147.
37. K. Liu, J. Varghese, J. Y. Gerasimov, A. O. Polyakov, M. Shuai, J. Su, D. Chen, W. Zajaczkowski, A. Marcozzi, W. Pisula, B. Noheda, T. T. M. Palstra, N. A. Clark*, A. Herrmann*, Controlling the volatility of the written optical state in electrochromic DNA liquid crystals, Nat. Commun., 2016, 7, 11476.
38. K. Liu, D. Pesce, C. Ma, M. Tuchband, M. Shuai, D. Chen, J. Su, Q. Liu, J. Y. Gerasimov, A. Kolbe, W. Zajaczkowski, W. Pisula, K. Müllen, N. A. Clark*, A. Herrmann*, Solvent-free liquid crystals and liquids based on genetically engineered supercharged polypeptides with high elasticity, Adv. Mater., 2015, 27, 2459.
39. K. Liu, D. Chen, A. Marcozzi, L. Zheng, J. Su, D. Pesce, W. Zajaczkowski, A. Kolbe, W. Pisula, K. Müllen, N. A. Clark*, A. Herrmann*, Thermotropic liquid crystals from biomacromolecules, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2014, 111, 18596.
40. K. Liu, L. Zheng, Q. Liu, J. Willem de Vries, J. Y. Gerasimov, A. Herrmann*, Nucleic acid chemistry in organic phase: from functionalized oligonucleotides to DNA side chain polymers, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 14255.
专利成果：
1. 刘凯，马超，孙静，张洪杰 专利号：ZL201910778155.0， 一种基于生物工程蛋白的生物粘合剂及其制备方法。
2. 刘凯，孟卓君，王帆，张洪杰 专利号：ZL201910197704.5，一种核酸凝胶纤维及其制备方法。
3. 刘凯，何浩男，王帆，张洪杰 专利号：ZL201911243181.X，一种适用于超强生物纤维的测试装置。
4. 刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 专利号：ZL201910308340.3, 一种微流控纺丝装置及方法。
5. 刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 专利号：ZL201910299527.1, 一种纳米纤维膜、其制备方法及其在油水分离中的应用。
6. 刘凯，李博，李敬敬，张洪杰 专利号：ZL202010111619.5, 一种大批量纯化克级力学功能蛋白的方法。
7. 刘凯，孙静，马超，张洪杰 专利号：ZL201910777873.6, 一种高粘合强度的生物粘合剂及其制备方法。
8. 刘凯，张津瑞，李博，张洪杰 专利号：ZL201911243191.3,一种环境盒装置及其使用方法。
9. 刘凯，张洪杰，陈东，杨晨静 专利号：ZL201910308358.3,一种微流控纺丝装置及方法。
10. 刘凯，何浩男，张磊，张洪杰 专利号：ZL201910977519.8,一种蛋白纤维测试装置。
11. 刘凯，马超，孙静，张洪杰 专利号：ZL201910778135.3,一种稀土蛋白纤维及其制备方法。
12. 刘凯，何浩男，张磊，张洪杰 专利号：ZL201910977518.3,一种适用于化学交联成型的微流控生物纺丝技术。
13. 刘凯，张轶，王帆，张洪杰 专利号：ZL202010213191.5,一种文件存储方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
14. 刘凯，于洋，李敬敬，张洪杰 专利号：ZL201911244702.3, 一种适用于蛋白短纤维测试装置。
15. 刘凯，孙静，马超，张洪杰，专利号：ZL201910777870.2,一种高强度的稀土蛋白粘合剂及其制备方法。
16. 刘凯，张津瑞，李博，张洪杰，专利号：ZL202010319476.7,天然蛋白纤维的制备及其应用。
17. 刘凯，孙静，马超，张洪杰 专利号：ZL202010500778.4,光响应蛋白纤维及其制备方法。
18. 刘凯，刘斌，王帆，张洪杰 专利号：ZL202010607711.0,一种可注射用稀士DNA光热水凝胶、其制备方法和应用。
19. 刘凯，张洪杰，专利号：ZL202110217059.6，基于多正电荷蛋白的纳米药物系统、其制备方法及应用。
20. 刘凯，张洪杰，专利号：ZL202110255075.4，金硫化银蛋白复合水凝胶及其制备方法与应用。
21. 刘凯，赵来，张洪杰，专利号：ZL202111274876.1，一种重组蛋白复合纤维、其制备方法及应用。
22. 刘凯，张洪杰，专利号：ZL202110224389.8一种组织粘合剂及其制备方法和应用。
23. 刘凯，张洪杰，专利号：ZL202110633163.3一种用于光信息存储的DNA复合凝胶及其制备方法。
24. 刘凯，万思康，张洪杰，专利号：ZL202111049957.1，一种纤维加捻装置。
25. 刘凯，万思康，张洪杰，专利号：ZL202111049940.6，一种纤维成型装置。
26. 刘凯，万思康，张洪杰，专利号：ZL202111049269.5，一种纤维成型装置。
27. 刘凯，何浩男，王帆，张洪杰，专利号：ZL202111676129.0，一种基于生物工程蛋白的高强蛋白纤维及其制备方法。
28. 刘凯，李敬敬，李远鑫，张洪杰 专利号：ZL202010303454.1,一种嵌合蛋白及其制备方法和应用。
29. 刘凯，张洪杰 202011521081.1,一种蛋白复合物及其制备方法和应用。
30. 刘凯，张洪杰 202011579889.5,一种可注射用体内钙离子原位诱导稀土-海藻酸钙基光热水凝胶、其制备方法和应用。
31. 刘凯，张洪杰 专利号：ZL202110572086.5，一种生物纤维及其制备方法和湿法纺丝装置。
32. 刘凯，张洪杰 202110619482.9,一种可降解蛋白塑料及其制备方法。
33. 刘凯，刘杨奕，张洪杰 202110740705.7，一种可随机重写的DNA信息存储方法。
34. 刘凯，张洪杰 202110844088.5，重组蛋白、含该重组蛋白的蛋白海绵制品和应用。
35. 刘凯，张洪杰，专利号：ZL202111014338.9，一种纤维多股合束方法
36. 刘凯，万思康，张洪杰，专利号：ZL202111049296.2，一种生物纤维连续成型设备。
37. 刘凯，任玉彬，张洪杰，202111136309.X，一种信息编码方法、信息编码系统及相关装置。
38. 刘凯，任玉彬，张洪杰，202111136319.3，一种存储信道的扩展编码方法、系统及相关装置。
39. 刘凯，李博，徐沪济，张洪杰，202111284287.1，一种纳米蛋白复合物、药物递送系统及应用。
40. 刘凯，李博，李远鑫，张洪杰，202111453931.3，重组蛋白、含该重组蛋白的蛋白海绵制品和应用。
41. 刘凯，张洪杰，WO 2022/135231 国际专利公布日期：2022年06月30日，一种蛋白复合物及其制备方法和应用/PROTEIN COMPLEX, AND PREPARATION THEREFOR AND APPLICATION THEREOF。
42. 刘凯，刘雅薇，赵柯鲁，张洪杰，专利号：ZL202111644571.5，一种基于生物工程蛋白的高低温粘合剂及其制备方法。
43. 刘凯，王帆，位政，张洪杰，202210054157.7，一种生物工程蛋白膏药及其制备方法与应用。
44. 刘凯，贾博，李敬敬，孙瑶，张洪杰，202210111262.X， 新冠病毒重组蛋白复合物药物及其制备方法与应用。
45. 刘凯，卫彦，周玉赛，孙瑶，张洪杰，专利号：ZL202210288046.2，可用于抗菌牙齿嵌体制作的DNA-羟基磷灰石复合材料及其制备方法、应用。
46. 刘凯，张鹏，李敬敬，张洪杰，202210458505.7，融合蛋白及其在制备生物蛋白纤维中的应用。
47. 刘凯，柳柏梅，李敬敬，张洪杰，202210492571.6，融合蛋白、包含该融合蛋白的生物纤维及其制备方法和应用。
48. 刘凯，胡宏岗，李敬敬，赵晓元，李博，张洪杰，202210519515.7，一种高等电点蛋白、纳米药物递送系统及其制备方法和应用。
49. 刘凯，李铭，柳柏梅，李敬敬，张洪杰，202210587956.0，蛋白粘合剂及其制备方法和应用。
50. 刘凯，李敬敬，王自立，王帆，孙瑶，马超，张洪杰 ，202210633314.X，蛋白粘合剂及其制备方法和应用。
51. 刘凯，马超，崔惠敬，张欣，张洪杰，202310462827.3，昆明假单胞菌及其应用。
52. 刘凯，马超，崔惠敬，张欣，张洪杰，202310467071.1，昆明假单胞菌及其应用。
53. 刘凯，马超，崔惠敬，张欣，张洪杰，202310473057.2，回收和分离尾矿中稀土元素的方法。
54. 刘凯，马超，崔惠敬，张欣，张洪杰，202310483929.3，甲基营养菌的XoxF型MDH在吸附和/或分离镧系元素中的应用。
