Le professeur Cao obtient son doctorat de l'université de Toronto en 2001. Ses recherches de doctorat portaient sur des stratégies du génie tissulaire sur la régénération des nerfs à la suite de traumatismes médullaires.
Il approfondit alors sa formation postdoctorale à l'université Harvard et ensuite à l'université Brown en travaillant sur des équivalents tissulaires artificiels génétiquement modifiés à l'intention des brûlés. Le professeur Cao se joint au Département en 2005.
Ses recherches traitent les biomatériaux, particulièrement l'usage de matériaux polymérisés servant à modéliser les cellules pour observer l'interaction entre les cellules et les matériaux. De plus, ses recherches portent sur le génie tissulaire, et visent la conception de supports artificiels destinés à la régénération tissulaire. Son groupe de recherche a également travaillé sur des dispositifs microfluidiques pour régulariser le débit microfluidique dans la détection unicellulaire à grande capacité. On considère que ces instruments pourraient en définitive détecter des bactéries pathogènes présentes dans l'eau et les aliments.