在分子和細胞尺度研究生命系統(tǒng)如何感受和傳導(dǎo)力學(xué)信號并對細胞環(huán)境的物理特性和力學(xué)載荷做出響應(yīng)。重點研究從分子、細胞到組織跨層次生物力學(xué)行為；研究跨尺度生物力學(xué)定量化實驗方法、建模和仿真理論；研究材料與細胞、組織相互作用的生物力學(xué)與力生物學(xué)機制。

力學(xué)生物學(xué)是生物力學(xué)新興的重要研究領(lǐng)域。通過生物學(xué)與力學(xué)原理方法的有機結(jié)合，從整體-器官-細胞-蛋白-基因不同層次上，綜合探討力學(xué)因素在上述生命過程和疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用， 闡明細胞力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與響應(yīng)的細胞分子機制，尋找力學(xué)因素在疾病發(fā)生發(fā)展中起重要作用的新生物標記物和潛在藥物靶標，揭示機體正常生長、發(fā)育和衰老的生物力學(xué)機制和自然規(guī)律，深化對疾病發(fā)生發(fā)展病理機制的認識，為疾病防治、新型藥物設(shè)計和新技術(shù)的研發(fā)奠定力學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)。

微流控芯片和生物芯片已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和工程科學(xué)等研究領(lǐng)域。重點開展微納米流體力學(xué)和微納結(jié)構(gòu)力學(xué)等基礎(chǔ)研究，開發(fā)基于微流控芯片的單/多細胞力、生、化并行檢測技術(shù)，并發(fā)展柔性微流控芯片，類器官芯片，以及融合樣本處理、反應(yīng)標記及檢測等功能化生物微流控芯片，用于疾病診斷和藥物篩選、細胞分析、生物分子間相互作用等研究領(lǐng)域。

航天員長期在軌飛行可導(dǎo)致心血管功能障礙、骨質(zhì)丟失、肌肉萎縮、免疫功能下降、內(nèi)分泌功能紊亂、空間運動病等多種生理及病理變化，存在許多待解決的問題。針對這些問題，開展空間微重力環(huán)境下血液循環(huán)系統(tǒng)改建及其對抗的血流動力學(xué)及力生物學(xué)研究；空間微重力環(huán)境下骨丟失及其對抗研究；空天環(huán)境下的人體行為工程研究等。

研究血液宏微觀流動性質(zhì)，血液與血管、心臟之間相互作用，血細胞流動性質(zhì)及生物化學(xué)成分之間的關(guān)系，及血細胞的流變行為。研究成果將在個體化心血管介入治療的手術(shù)規(guī)劃和動脈粥樣硬化斑塊生長、破裂機制與高風(fēng)險斑塊的預(yù)測等方面奠定理論基礎(chǔ)。

生物材料和組織的多尺度力學(xué)及其仿生研究近年來得到了越來越多的關(guān)注，其核心任務(wù)是揭示生物材料力學(xué)性能—微納結(jié)構(gòu)—化學(xué)成分—生物功能之間的定量關(guān)系，進而為先進材料、結(jié)構(gòu)、器件和組織工程的仿生設(shè)計提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。