中文摘要：

从力学和生物学的基本原理出发，发展了生物系统与材料的建模和分析方法。在生物天然材料力学与仿生研究方面，提出了拉伸－剪切链模型（TSC），揭示了生物天然材料纳米结构的载荷分配规律。提出了材料"缺陷不敏感设计"和"结构细化设计"两个重要概念。这两个概念揭示了生物天然材料从纳米到宏观尺度自底向上的多级结构设计原理。在细胞与分子力学研究方面，提出了揭示细胞粘附力敏感的力学模型；发展了生物大分子的粗粒化方法，并成功应用到研究HIV-I蛋白酶的动力学中，得到国内外同行的关注和认可。在《Biophys. J.》、《PNAS》和《JMPS》等有影响的杂志上发表论文多篇，共发表论文50余篇，近5年SCI他人引用390余次。拟开展的工作将针对细胞在不同力学环境下的不同响应，发展基于分子机理的细观模型，对基于细胞粘附的细胞力学展开研究。本项研究对于深入理解细胞适应和响应外界刺激和环境的内在机理有重要意义。

结论摘要：

在细胞力学行为的多尺度建模与力敏感机理，生物分子间相互作用及建模和生物与仿生材料力学行为三个方面获得了创新性成果。1） 建立了考虑基底弹性的细胞-基底相互作用模型，给出了细胞牵张力的解析解，得到了细胞与基底界面上细胞牵张力的分布规律，以及基底刚度对牵张力分布的影响；结合粘附斑稳定性的两相行为，建立了细胞迁移的多尺度力学模型，定量解释了细胞迁移的驱动力产生机理，以及细胞形状和基底弹性对细胞迁移速度影响的机理。2） 建立了单分子键的新理论模型，发现单分子键断裂后再形成过程在低速加载过程起决定作用，成功解释了实验中发现单分子断裂力在低速加载下不随加载速率变化而变化的物理机理。 预测了饱和断裂力大小与加载器件刚度的关系，并预测了不同加载刚度情况下出现饱和断裂力的极限加载速率大小。3）研究了具有交错排列的生物纳米复合结构的屈曲强度，得到了矿物质晶体的长细比和交错排列等参数对屈曲强度的影响规律；发现大长细比使交错排列的复合材料的屈曲强度对缺陷不敏感，并能够实现从局部屈曲向整体屈曲的转化。 论文发表35篇，SCI论文31篇，包括PRL, Annu. Rev. Mater. Res., JMPS（2）, Langmuir（2）, J. Biomechanics等论文。培养毕业博士4名，硕士4名，其中培养的1名博士毕业生目前已获得科学院的百人计划，将去中科院力学所工作。 在国际交流方面，与布朗大学，佐治亚理工，美国西北大学，哥伦比亚大学，加拿大British Columbia University，牛津大学，新加坡国立大学MBI研究所建立很好的合作和交流关系。作为大会秘书长组织第5届中美生物力学研讨会，在世界生物力学大会中组织关于生物分子力学的研讨会。