1. 生物损伤力学
在多个尺度（细胞尺度和组织尺度）下研究冲击等外载荷引起的轻度大脑机械损(TBI)。TBI是一种主要的大脑疾病，是由于作用在头部的外加机械载荷而引起大脑正常功能的丧失。根据美国疾病控制及防护中心的数据，美国每年用于TBI诊断及治疗所花费的经费就近600亿美元。而且，由简易爆炸装置引发的爆炸冲击波造成的TBI是目前战场上伤亡的最主要来源之一，例如，阿富汗和伊拉克战场。TBI可以分为轻度TBI和严重TBI，目前75%的TBI患者都属于轻度TBI。一般的症状包括明显认知能力的下降，严重的头痛，失忆及明显的精神异状。产生轻度TBI的机制还不是很清楚，而且MRI并不能够检测到轻度TBI。因此，全面理解轻度TBI产生的机制可以帮助有效的诊断及治疗轻度TBI，以及进一步设计防护设备来保护大脑防护TBI。
1.1 细胞尺度研究：
通过In vitro 细胞模型来建立TBI的微观损伤模型，主要基于建立一个基本物理量来描述神经细胞（neuron）非致命性损伤—非致命性损伤极限。并测量神经细胞（neuron）在常规载荷下的损伤极限，以及这个极限值对加载速率，加载方式，加载历史，及一些环境因素的敏感程度。
- In Vitro 细胞模型
- 细胞机械拉伸设备
-
细胞损伤分析
- 细胞力学行为的计算模拟
1.2 组织尺度研究：
建立人类头部（包括颅骨和大脑）的真实几何模型，主要是基于CT和MRI的2D图像，运用专业软件还原为3D结构。然后，根据一些试验测试结果来建立相应的材料模型。运用有限元法来计算头部在外部冲击或其他载荷下的力学相应。
(a)CT image; (b)MRI image; (c)3D head model; (d)3D brain with white matter and grey matter; (e)advanced brain model; (f) head with helmet model.
The schematics of Mechano-sensitive channel by multiscle simulations: Molecular dynamic simulation (MD) and finite element modeling (FEM), published in Biophysical Journal 91 2006 1248–1263.
