带领的研究团队立足于凝聚态物理学基本原理，围绕生命物质体系的原位显微技术方法开发和典型物理学、生物学、医学、化学和材料科学等交叉融合研究中的应用策略等关键环节展开，重点在生命物质体系的原位高分辨结构探测与重构等方面探索基础理论与方法，并在生命基本过程和人类重大疾病相关生物大分子系统的功能机制和精准调控，以及非正常化学计量配比物质的构效关系和生物医学效应等领域进行应用模式探索。
目前主要研究方向：
1生命物质微观体系的高分辨结构透射电镜表征。
生命物质微观体系的高分辨成像是研究其空间结构和状态的基础，透射电子显微镜是最佳工具之一。但水环境热力学运动影响高分辨成像，需冷冻电镜技术固定。对于轻元素生命物质，成像衬度差，研究团队开发了系列方法技术，以制备高质量电镜样品并提取有效结构信号。
典型方法示意图
2生命基本过程与重大疾病相关生命物质微观结构与功能机制。
生物大分子在水环境中展现有序结构和功能，解析其时空结构和动力学特征对理解生命过程和疾病机制至关重要。基于所持续开发扩展的方法技术，团队及合作者选取人体内最大细胞膜表面受体家族G蛋白偶联受体（GPCRs）、新冠病毒侵染相关蛋白、人工合成蛋白微纳米管等涉及生命体信号传导、传染病防治、自组装调控等蛋白质体系为研究对象，基于物理学基本思想和原理，结合分子动力学模拟、计算药物筛选等方法，解决了相关体系复杂性大、动力学行为强、与其他蛋白协作形式复杂难辨等关键问题，实现了多类生物大分子时空结构的精密解析，进而揭示了其功能机理、阐明了其动力学特征、辨明了关键作用位点并提出了潜在抑制/激活小分子药物。
多巴胺受体DRD1-Gs复合物结构
3基于阳离子-π相互作用形成的水-碳-离子物质体系新结构形态及其物理性质。
生命物质存在于自然水环境，其中金属离子广泛参与生命过程并影响疾病。尽管众多蛋白质和生物酶依赖金属离子，但离子与生命物质基本单元的相互作用机制尚不清楚。团队和合作者通过建立阳离子-π相互作用体系，结合冷冻透射电镜和计算手段，解决了原位结构固定和图像信息提取等难题，发现了新型复合物质体系。这些工作有望揭示微观系统相互作用导致的稳定物质结构和特异物理性质，为水-碳-离子体系在生命健康领域的研究提供新视角和关键参量。
基于阳离子-π相互作用的物质体系结构解析示意图
