脑科学是寻求人或动物神智活动的细胞及分子层次生物机制的科学。膜片钳操作通过使用微米级的电极微管吸附脑神经细胞表面，将平方微米级的细胞膜吸入微管，使其与管壁形成G欧姆级的高电阻封接（高阻封接），对环境电磁噪声进行有效屏蔽，从而对膜片上离子通道的开关产生的皮安级（10^-12A）电流进行检测，被誉为脑科学离子通道研究的“金标准”。人工膜片钳操作因操作难度大，操作成功率低...

自从“多莉”羊诞生之后，细胞核移植（克隆）技术因其在动物育种、器官移植、基因治疗和濒危物种保护等领域的巨大应用价值，已成为21世纪各国的研究热点。然而，目前手动核移植操作的细胞转动和去核过程对卵母细胞的伤害极大，大大降低了克隆胚胎的发育潜力，造成了目前核移植操作极低的成功率。项目组进行了最小拨动力的细胞转动，基于细胞形变建模的细胞朝向选择和无染色的细胞精准去核...

细胞的内环境是维持细胞正常生命活动和生理功能的保障，相对细胞内结构和化学成分的广泛研究， 针对细胞内环境物理参数的测量相对较少，依赖于专门仪器，且每种仪器通常只能测量一个参数。 课题组利用微操作机器人系统首次实现了细胞重量、弹性和内压的三参数原位测量， 为量化和解耦以上三参数在对细胞/胚胎成熟发育过程的调节作用奠定了基础。

模式动物广泛存在着外观相似、运动机动性强、遮挡频繁等问题，给模式动物群体跟踪提出了极大挑战。 课题组结合传统图像分析和深度学习方法，突破了模式动物的视觉特征提取、多目标个体识别、群体跟踪等技术， 设计并开发了多套自动化模式动物行为学观测系统，实现了斑马鱼成鱼、幼鱼、小鼠等多种典型模式动物的群体跟踪和多种行为分析，受到生物、医药研究者的广泛关注。

本项目拟解决亚细胞结构的微操作损伤多维度、跨尺度感知和基于细胞损伤多元信息的细胞发育潜力预测。 首先表征卵母细胞亚细胞结构机械损伤，进一步的，构建细胞损伤的亚细胞结构多尺度物理模型， 描述细胞膜破裂、细胞骨架粒子键断裂及细胞膜通透性改变。 基于以上工作，本项目集成机器学习模型与损伤物理模型建立精准的、具有可解释性的细胞发育潜力预测模型。

生物系统建模与仿真旨在以计算机仿真为手段，通过对生物系统建模， 模拟生物模式的形成和组织器官的发育，从而揭示模式形成和组织发育的机理。 课题组在生物模式形成和组织器官发育机理探究方面已取得了很多成果， 如基于反应扩散模型仿真实现了细胞的自组织行为， 基于激活抑制反应扩散模型仿真实现了肺气道空间分枝结构。