1）基于纳米发电机的植入式电子医疗器件
植入式电子医疗器件的两大发展趋势，其中之一是微型化，而微型化最大的困难就是能源的长期供给与功能复杂化之后能耗不断升高之间的矛盾。纳米发电机（Nanogenerator）有可能成为解决植入式电子医疗器件在体能源供给问题的关键。
纳米发电机是王中林院士于2006年最早提出来的，是指利用压电氧化锌纳米线阵列将随机的机械能转化为电能的微纳器件。现在除了压电纳米发电机（Piezoelectric nanogenerator, PENG），还有摩擦电纳米发电机（Triboelectric nanogenerator, TENG）和复合压电和摩擦电的复合纳米发电机（Hybrid nanogenerator & Piezo-triboelectric nanogenerator, PTNG），可以在更加广阔的应用领域将无规则的机械能转换为电能，对于收集环境中的随机能量来说是非常理想的。
我们课题组从07年开始研制植入式纳米发电机（Implantable nanogenerators），进行体内机械能的收集和转换，并在国际上首先采用单根氧化锌纳米线的柔性纳米发电机实现了活体动物呼吸运动和心脏搏动的机械能收集（Adv. Mater. 2010, 22, 2534–2537），并于2014-2016年期间在植入式纳米发电机领域取得多项突破：1）植入式纳米发电机的体内发电功率有巨大提升，电压和电流分别达到14 V和5μA（ACS Nano 2016, 10, 6510−6518）；2）第一次实现了体内机械能的收集与存储，并可利用收集的电能驱动心脏起搏器原型机控制动物心脏跳动频率（Adv. Mater. 2014, 26, 5851–5856；Adv. Mater. 2016, 28, 846–852），也可以驱动红外器件促进骨愈合和牙齿修复（ACS Nano 2015,9, 8, 7867-7873）；3）第一次实现了自驱动心脏监测数据的实时采集和无线传输，验证了植入式自驱动医疗监护系统的临床应用（ACS Nano 2016, 10, 6510−6518;Nano Lett. 2016, 16, 6042−6051）。
本研究方向的目标是生命驱动的纳米医疗电子器件：通过纳米发电机等机械能收集器件，将人体运动的能量转换为电能，驱动植入式电子医疗器件长期、稳定的在体工作，实现人体自供能的医疗和传感。
2）可控降解纳米医疗电子器件
植入式电子医疗器件的另一发展趋势，是可降解电子医疗器件，其独特的医疗性能、生物相容性与可降解特性，使其在植入人体内完成治疗工作后，可自行分解、消失，无需手术取出，也不会产生异物残留。这种降解特性将极大的提高患者的接受程度，减少二次手术的痛苦和风险，同时也对器件的制作特别是能源供给方式提出了极高的要求。
2016年，我们在Science的子刊Science Advances发表论文（Sci. Adv. 2016; 2 : e1501478），介绍了一种具有电荷分离与驱动能力的生物降解纳米发电机（Biodegradable nanogenerator，BDNG）可在体内产生电能，并成为全可降解的纳米医疗电子器件的能源部分。我们验证了基于BDNG的纳米医疗器件可以控制细胞定向生长和排列，并具有促进神经修复的能力，这对植入式可降解医疗器件的研发具有重要意义，未来的应用前景非常广阔
本研究方向的目标是植入式可控降解纳米医疗器件和传感器，能一定时间内在体完成治疗、修复、探测、传感和监护等医疗功能，并可在完成使命后可控降解吸收，实现植入后一站式医疗和完全无残留。
3）动态超高分辨率单细胞力学测量
对单细胞力学性能的研究一直是生物力学研究中最具有挑战性的方向，而细胞牵引力（Cell traction force，CTF）这种细胞内生力是单细胞生物力学研究的重点，与胚胎发育、干细胞分化、血管和神经形成、创伤修复、肿瘤发生和转移等重要生命过程密切相关。
2008年我们开始利用硅纳米线阵列开展单细胞生物力学研究，建立了基于硬质材料为基底的细胞牵引力测量方法和手段，并对正常细胞、良性肿瘤细胞和恶性肿瘤细胞的细胞牵引力进行测量和比较，发现细胞牵引力与细胞性质、生长状态和细胞生长周期密切相关。(Nano Lett. 2009, 9, 10, 3575-3580;Sensors and Materials, 2015, 27, 11, 1071-1077;ACS Nano, 2015, 9, 3, 3143-3150;Nano Energy, 2018, 05, 057, 504-512).
4）高灵敏度纳米生物传感器
我们课题组开发了多种高灵敏度的纳米生物传感器，可以在体内环境中对心率/律、血压、呼吸、脉搏、生物分子和肿瘤标记物等进行探测，并通过与纳米发电机结合，构建具有自驱动、主动式传感能力的超高灵敏度纳米生物传感器。 (J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 11539–11544; Solid State Comm. 2008, 148, 145–147; J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 1791–1794; Adv. Mater. 2009, 21, 4975–4978; Nano Lett. 2016, 16, 6042−6051).
通过压电电子学和压电光电子学原理可进一步提高半导体纳米器件作为纳米生物传感器的灵敏度，并可通过传感器阵列实现传感器的选择性和分辨率。