在自然界中生物材料展现出丰富的力学特性，如血管的高延展性、肌肉的高弹性、蜘蛛丝的高韧性等等。组成这些材料的弹性蛋白是承受力的主要结构单元，其力学性质决定了整体材料的力学性质。同时，弹性蛋白的构象变化还介导着细胞间以及细胞与细胞外基质间的力信号的传递。随着单分子操控技术尤其是基于原子力显微镜的单分子力谱技术的发展，在单分子层面上研究弹性蛋白的力学特性成为可能。许多弹性蛋白的力学性能与结构之间的关系得以揭示。在单分子层面上理性调控蛋白质力学特性变得可能。通过对蛋白质不同力响应基元的不同组合，我们实现了对蛋白质水凝胶的弹性、延展性和韧性的理性设计。基于这一设计思路，我们还设计制备了具有与肌肉的力学性质相似且能自修复的水凝胶材料。进一步我们受蛋白质力学构造的启发，提出了通过金属配位键和力学动态化学键来调控生物水凝胶力学特性的思路，并通过引入可光调控的蛋白实现对水凝胶力学特性的动态调控。这些研究为实现生物材料力学特性的理性设计和调控奠定了基础。