元冰

女， 松山湖材料实验室， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2000.09-2004.06 山东大学，学士
2004.09-2009.05 中国科学院物理研究所，博士
2009.06-2011.09 南京大学，博士后
其中2009.07-2010.06 新加坡国立大学，博士后
2011.09-2021.09 苏州大学，副教授/教授
其中2014.10-2015.10 美国斯坦福大学，访问学者
2021.09-今 松山湖材料实验室，研究员，团队负责人

研究领域和兴趣

计算(机)化学

主要业绩

细胞膜是生命活动的基础界面，也是超过60%药物的作用靶点。然而，细胞膜界面过程具有多组分、多尺度、动态异质性、非平衡动力学特征等复杂特性，深入理解并精准调控其生物物理过程，是开发新型药物和诊疗策略的关键，也是现代生命科学与生物物理学面临的重大挑战。针对这一核心科学问题，本人围绕“细胞膜界面生物物理过程的机制与调控”展开了系统性研究，从“发展新方法”、“揭示新机制”到“设计新策略”三个层次上取得了一系列创新性成果。
主要创新性成果包括：
1. 发展了多尺度、高时空分辨的细胞膜界面研究新方法。 针对传统技术在实时、原位、单分子层面监测膜界面动态过程的不足，创建了单分子三维动态追踪与分析技术，实现了对膜XY面内及Z方向上分子动态行为的精准解析；发展了光电压瞬态技术，实现了对膜结构整体动态变化（如跨膜孔形成）的无标记实时监测；开发了基于机器学习的模块化逆向设计新范式，实现了从海量序列或参数空间中对功能分子与材料的高效理性设计。
2. 揭示了细胞膜界面生物物理过程的“熵-焓竞争”核心调控机制。 突破了传统上侧重于静电、疏水等能量（焓）作用的认知局限，系统阐明了熵变是调控分子与膜相互作用过程的关键驱动力。揭示了脂质纳米粒(LNP)与膜的选择性结合、抗菌肽的功能性自组装/解组装以及纳米药物的协同内吞等多个重要生物学过程均由熵-焓竞争主导，建立了从分子构象与相互作用到宏观生物学功能的普适性物理模型。
3. 创建了基于生物物理机制的细胞膜靶向药物与递送策略。 基于上述新方法和新机制，绕开了传统药物研发的“试错”模式，实现了从基础物理原理出发的药物分子理性设计。针对抗生素耐药、肿瘤免疫、神经退行性疾病和细胞治疗等重大健康挑战，设计了具有全新作用模式的高效低毒抗菌肽；提出了增强肿瘤靶向效率的纳米药物协同递送策略；阐明了阿尔茨海默病相关蛋白共聚集的关键机制；发展了基于膜融合机制的高效细胞冻存保护技术，为解决临床“卡脖子”技术难题提供了颠覆性方案。
申请人在 ACS Nano, Science Advances, JPCL 等期刊发表论文120余篇，申请/获批国家发明专利十余项，主持国家及省部级项目十项；研究成果受到了同行的广泛关注和积极评价，为从根本上理解和调控细胞膜界面生物过程提供了新的物理图像和研究范式，为解决细菌耐药性、细胞治疗等重大健康挑战提供了创新性解决方案。

代表成果

[1] Lin Wei#, Wenqiang Tu#, Yiwei Xu#, Cheng Xu#, Yujiang Dou*, Yuke Ge, Shuqing Sun, Yushuang Wei, Kai Yang*, and Bing Yuan*, Assembly-Induced Membrane Selectivity of Artificial Model Peptides through Entropy−Enthalpy Competition, ACS Nano, 18, 28, 18650-18662, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.4c05265
[2] Jie Qiu†, Dongfei Ma†, Xin You, Qi Jia, Shuxin Hu, Cheng Xu, Binglong Cao, Kai Yang*, Weijing Han*, Ying Lu*, Bing Yuan* and Ming Li, Protonation-Regulated Membrane-Insertion Dynamics of pH Low Insertion Peptide: Metastable Molecular Conformations and Their Transitions, ACS Nano, 19, 16, 15685-15697, 2025, DOI: 10.1021/acsnano.4c18301
[3] Xin You†, Xuewei Dong†, Wenqiang Tu, Bing Yuan*, Kai Yang*, Conformational versus Configurational Entropy: Deciphering the Alkyl Chain-Dependent Membrane Attack Mechanism of Ionic Liquid Derivatives, ACS Nano, 19, 30, 27930-27940, 2025 DOI: 10.1021/acsnano.5c10093
[4] Luping Ou, Haibo Chen, Bing Yuan*, Kai Yang*, Membrane-specific binding of 4 nm lipid nanoparticles mediated by an entropy-driven interaction mechanism, ACS Nano, 16, 11, 18090–18100, 2022 DOI: 10.1021/acsnano.2c04774
[5] Yushuang Wei†,*, Wenwen Li†, Rong Xu, Cheng Xu, Xiangyang Li, Ning Li, Fengdan Xu, Kai Yang* and Bing Yuan*, Multivalent co-assembly of LL37-CpG nanoparticles: enhanced immune response through activating multiple cell internalization pathways, Mater. Today Bio, 33, 102011, 2025. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.102011
[6] Xiangyang Li, Yushuang Wei*, Wenwen Li, Rong Xu, Cheng Xu, Beijing Luo*, Kai Yang* and Bing Yuan*, Acidic pH-Triggered Membrane Fusion Enables Lyophilized Lipid Nanoparticles as Potent Cryoprotectants for Human Erythrocytes, Adv. Healthc. Mater., DOI: 10.1002/adhm.202502455
[7] Cheng Xu†, Chiyun Ma†, Yuhao Zhang, Wanting Zhang, Junsheng Zhang, Guanmou Li, Menghua Xiong, Yushuang Wei, Kai Yang* and Bing Yuan*, Selective Membrane Remodeling and Fluidity Reduction by the Cationic Helical Peptide L10-MMBen, J. Phys. Chem. Lett., 16, 3788-3798, 2025
[8] Cheng Xu†, Chiyun Ma†, Wanting Zhang, Yushuang Wei, Kai Yang*, Bing Yuan*, Membrane Fusion Mediated by Cationic Helical Peptide L-MMBen through Phosphatidylglycerol Recruitment, J. Phys. Chem. Lett., 2024, 15, 11027-11034. DOI: 10.1021/acs.jpclett.4c02558
[9] Wenwen Li†, Yurong Ma†, Luping Ou†, Cheng Xu, Yushuang Wei, Kai Yang*, and Bing Yuan*, Asymmetric Disturbance and Permeabilization of Bilayer Membranes by 3-nm Carbon Dots, J. Hazard. Mater., 465, 133382, 2024. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.133382
[10] Rong Xu†, Wanting Zhang†, Taoli Jin†, Wenqiang Tu†, Cheng Xu, Yushuang Wei, Weijing Han*, Kai Yang*, and Bing Yuan*, Cholesterol Depletion and Membrane Deformation by MeβCD and the Resultant Enhanced T Cell Killing, ACS Appl. Mater. Interfaces, 16(6), 6813-6824, 2024

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