要想深入了解肝癌细胞侵袭、转移等恶性生物学行为，建立符合中国人群特征的研究模型是当务之急。李雁敏锐地将自己的博士研究方向锁定于此。国际上没有现成的经验供参考，一切都靠摸索，李雁每天要工作十六个小时以上。他苦读了十余种国际权威期刊。随着博士课题研究的不断深入，遇到的困难更多，有些问题甚至请教了很多国内外权威专家也无法得到解释。看来只能用一种全新的思路来解决了。经过反复的论证和验算，他大胆提出了一系列创新性看法，并通过实验证明了逐级筛选法是提高肝癌细胞转移力的有效方法—— “肝癌细胞逐级转移学说”，这是一种新的肝癌转移基因表达假说模型。

接着，他在世界上率先成功建立逐级转移的人肝癌细胞模型系统，构建出第一株具有我国肝癌病人典型生物学性状的转移复发模型体系。

在复旦大学攻读博士学位期间，他有多篇论文发表在世界权威刊物上。逐级转移的人肝癌细胞模型系统在全国得到推广使用，在许多国家级重点科研项目中得到应用。基于该课题的研究成果《一种人肝癌细胞系》技术，获得国家发明专利。他的师弟们还利用该细胞模型系统作为筛选工具，从肺组织中分离出一种未知的蛋白质，确认其与肝癌转移密切相关，论文发表后在世界上也引起了轰动。利用这些细胞系进行研究的科研论文发表在《Nature  Medicine》（自然医学）杂志，《Proteomics》（蛋白组学）杂志，《Molecular  and  Cellular  Proteomics》分子和细胞蛋白组学杂志上。那篇沉浸着他心血和汗水的博士学位论文，在2004年度全国百篇优秀博士学位论文奖评选时成为当年临床医学类全国入选的三篇论文之一。

李雁充分利用我校多学科交叉优势，从学科交叉融合的角度巧妙设计，成功地申请到了一系列国家级和省部级科研课题。他与环境与资源学院的杜予民教授课题组合作开发了壳聚糖作为肿瘤基因治疗载体系统，与化学与分子科学学院的庞代文教授合作开发荧光量子点用于肿瘤早期诊断、高灵敏显像的研究，这些科研工作均已经取得了明显的阶段性成果。李雁不无感慨地指出“创新始终是发展的动力，只有不断创新，才能不断超越自我，才能不断取得新成果。”