纳米理论是研究纳米尺度下物质行为与相互作用。作为连接微观世界与宏观世界的桥梁，纳米理论研究对于深入理解物质间的相互作用以便开发原创型纳米技术具有重要意义。我们课题组致力于对纳米结构材料和生物体系进行深入的多尺度理论与计算研究。主要研究方向包括限域输运、纳米催化、超分子自组装、新型功能材料设计以及生物材料力学等。为了更好地理解和预测这些领域的实验现象与机理，我们发展长时间分子模拟方法、机器学习势函数，并利用包括第一性原理计算、分子动力学方法、蒙特卡罗方法、粗粒化方法、有限元方法在内的多种计算手段。通过这些方法的综合应用，我们努力从原子、分子、宏观层面上深入理解纳米之内的大千世界。我们的研究不仅致力于解释实验现象，更力求提供理论预测模型，为纳米科技和生物医学领域的发展做出实质性贡献。我们的研究主要包括以下领域：

1. 纳米药物的体内输运

从微观层面上细化载体与各类生理屏障间的界面作用，阐明作用机制，建立构效关系。在此基础上结合宏观实验结果及理论定量描述厘清平衡各类屏障的主要影响因素，形成描述纳米载体体内输运过程的理论框架，以此来理性化的指导新载体的筛选和设计。

2. 生物自组装纳米模拟酶结构设计

活性位点周围氨基酸残基的作用一直是困扰科学家们的重要科学问题。通过证实氨基酸残基本身的特殊性质，不仅为开发设计新型仿生催化材料提供了新思路，也为原始酶提供了一种可能的假想模型。此构筑理念已被成功推广到其它酯类水解及类逆向醛缩酶催化反应。  

3. 光催化材料的理论模拟与设计      

利用第一性原理计算理解光催化机理，设计新型高效的光催化材料，为实现CO₂的循环利用提供理论支持；同时构建纳米科技与产业数据库，将纳米大数据与人工智能相结合，更快的更高效地发现和设计新型纳米材料。

4.  生物材料及超分子材料的组装行为及性能研究

基于物理、化学及力学等基础学科的基本理论和方法，阐明天然生物及超分子组装功能材料从分子、纳米、微米到宏观的多尺度组装行为，揭示背后的关键科学机制，构建其自组装与载荷传递及性能的多尺度理论评价体系，实现其多尺度结构和性能的优化设计与精准构筑。