实验室围绕生物传感关键科学问题，结合国际科学前沿及国家重大需求，以现代化学为根本，以分析化学新原理、新方法和新仪器研究为出发点，布局以下5个主要研究方向，并力争建成2－3个国际水平的研究方向。

分子识别与探针：运用分子生物学、合成生物学、组合化学、合成化学等手段，发展分子识别探针的筛选、设计与合成方法，探索分子识别基础，建立分子检测的光学探针新原理与方法。

纳米生物学：发展纳米材料与纳米结构的制备新方法，探索纳米生物学效应，系统建立纳米尺度生化分析的新原理与方法，构建细胞与活体水平的纳米示踪、检测、载药的共性方法与技术。

化学生物传感：研究分子识别的生化信号转换与放大和界面信号转换新原理，建立生化敏感界面与微流体器件的制备技术，发展复杂生命体系定量分析与功能分析的新方法与技术。

生化分析仪器：综合利用光学、电子学、微纳加工与精密控制、信息处理技术，实现分子探针、纳米生物、化学生物传感等技术的集成，研制复杂生物样品多功能、高通量分析检测仪器。

化学计量学：设计优化复杂体系的多维与高阶表征方法，结合数学、统计学、信息科学等多学科的新理论与新方法，发展高维多参数数据的模式识别、模型转移、校正与评价理论，建立成分解析与化学信息提取新方法，为分析化学基础理论建设作出贡献。