1、超低场磁传感磁成像新技术

分子和细胞的成像成为生物医学的新兴领域，极大推动了精准医学的发展。近年来，为摆脱高场在技术、安全、价格等多方面对磁成像的限制，提出超低场磁成像的概念，从多个方面优化成像装置的性能，使其在mT-mT的极弱磁场环境中工作。我们开发新型的量子磁力仪及相关的磁基探测和磁成像技术，以磁性纳米颗粒为探针，不断拓展其在化学与生物交叉领域的探索。目前搭建了超低场光学原子磁力仪、超低场原位力谱仪、和超低场小动物活体成像仪，可以实现近零磁场环境下原位、实时、动态的磁学、成像、力谱多参数测量，在磁材料检测、生物传感、医学诊断方面具有广泛应用前景。未来将进一步发挥量子磁力仪及超低场磁成像的优势，结合磁靶向、磁热疗及磁机械疗法的协同效果，研发磁成像引导肿瘤精准磁疗的一体机新设备，为肿瘤精准诊疗与临床研究提供新的技术手段。

2、纳米磁材料磁探针

磁性纳米材料由于高饱和磁化强度、高磁导率、低损耗、超顺磁性等特点，拥有磁控、传感、成像、热疗、力疗、载药、吸波等多种功能。我们通过“一锅法”建立自洽序列生长的新方法，制备获得尺寸均一、高度结晶、结构完美的双磁性核壳结构纳米晶，避免了使用预先合成的种子或者分步加热的繁琐过程。利用核壳结构界面处的晶格缺陷，为磁材料各向异性提供来源，并通过精准的界面调控，产生强的交换耦合效应，提高磁稳定性和热稳定性，进而显著提升剩磁、饱和磁化强度、阻塞温度等磁性能，在电子、能源、生物医学、电磁屏蔽等领域具有广泛应用。

3、核酸G-四链体荧光探针

G-四链体是由富含鸟嘌呤的核酸片段形成的一种四螺旋结构，存在于很多癌基因 (如 c-MYC、KRAS、c-kit、VEGF、Bcl-2）的启动子区、mRNA 的内含子、编码区和非翻译区等，在调控癌基因复制、转录或翻译中起关键作用，成为极具潜力的抗癌治疗靶标之一。我们以G-四链体为靶点，通过菁染料、ThT等配体分子设计开发荧光探针，发展新型生物传感、体外诊断、肿瘤治疗新技术。

4、分子和细胞的机械化学

与光和电的作用一样，机械力在化学反应和生命过程中扮演着重要的作用，例如分子识别与传感、合成与催化、分子马达、分子机器、信号转导、细胞粘附迁移、分化转化等。生物分子和细胞相关的机械化学基础研究有助于推动组织工程、芯片实验室、生物材料、药物设计与评价等实际应用的发展。我们建立了测定细胞粘附力和迁移速率等机械性质的超低场磁探测新方法FIRMS，从生物力学视角提出了调控基质硬度及细胞机械性质，抑制细菌粘附及肿瘤转移的抗菌抗肿瘤治疗新策略。将超低场生物力谱的研究范畴从核酸、蛋白等生物分子间作用拓宽到细胞间的相互作用，所检测的细胞机械性质可作为评估细菌粘附及肿瘤转移的一个理想的标志物，在抗菌抗肿瘤诊疗中有重要用途，为纳米生物力学奠定了重要的理论基础。