大学毕业后，施蕴渝先是被分配到原卫生部中医研究院工作；1970年，她回到中科大任教，没过多久，随校从北京南迁至安徽合肥。
施蕴渝承担起搬迁南下仪器设备的任务。她和同事一道，将装满设备的箱子一件件从教学楼搬至北京的车站，到达合肥后又把箱子一件件从车站搬至教学楼……
较早从事生物大分子计算机分子动力学模拟研究；领导创建中科院结构生物学重点实验室
中科大南迁历尽艰辛，科研设备丢失、教学力量薄弱……“所幸，学校后来采取一系列新举措逐步走上正轨。”施蕴渝说，学校向青年教师提供公派出国进修的机会，她成为当时中科大生物系首名通过教育部考试公派出国的年轻教师。她先后两次出国进修，从事计算生物学研究和生物核磁共振波谱学研究，学习用生物大分子分子动力学及用两维核磁共振波谱研究生物大分子的结构与功能的理论与实验方法。施蕴渝说：“海外学习的经历开拓了我的科研视野，也督促我更加努力地汲取知识。”
上世纪70年代，施蕴渝和同事们迫切想跟上国际学界的脚步，在中科大开展生物大分子方面的前沿研究，但是缺少经费和仪器。为了快速推进项目，施蕴渝和同事跑遍了上海的图书馆，查文献、翻资料，绞尽脑汁，连续熬了两个星期，才把“国家高技术研究发展计划”的申请书写完。
当时，中科大生物系有3个课题入选，施蕴渝负责的“蛋白质分子设计的新技术研究”是其中之一。此后，她开始从事生物大分子计算机分子动力学模拟研究，并成为国内此领域的开创者之一。由施蕴渝主导的“生物分子结构与动力学的计算机模拟”项目，获得1996年中国科学院自然科学奖二等奖与1999年国家自然科学奖三等奖。
上世纪90年代初，施蕴渝的实验室获得中科院支持，购得第一台可以做生物大分子溶液结构的500兆赫核磁共振谱仪，但是真正开展实验时，还是遇到了许多困难……她的态度是坚定的：“科学研究要专心致志，耐得住寂寞，经得起波折。”施蕴渝领导的研究组解析了系列重要蛋白质的溶液结构，研究揭示蛋白质相互作用及其功能意义。她还领导创建了中科院结构生物学重点实验室，后来成为合肥微尺度物质科学国家研究中心的重要组成部分。
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