(1)納米生物電分析化學
電分析化學是分析化學的主要分支領域之一。近年來，它與生命科學、材料科學等學科密切結合，形成了納米生物電分析化學研究方向。實驗室已在納米生物電分析化學方向的諸多領域做出許多開創性的工作，在仿生催化、酶、納米粒子的三維有序組裝、酶與蛋白質的直接電化學、微電極新技術、核酸毛細管電泳分離與電化學檢測、分子基生物傳感器件及微流控生物分析系統等方面的研究工作已在國際上產生很好的影響，學術成果處于國內前列，整體上已達到國際先進水平。進一步工作將運用新的合成技術，制備納米仿生材料;利用有機基團的良好自組裝特性和納米材料與生物分子(如和酶、抗體等蛋白)的相互作用構建二維及三維仿生界面，發展電化學生物分子器件;研究生物分子在仿生界面上的固定化、空間取向、生物活性變化的動力學機制，揭示納米仿生界面上生物活性小分子與細胞、生物大分子(核酸、蛋白質、酶等)間識別的內在規律;研制有應用前景的生物納米電化學傳感器，推動生物分子電子學和單細胞、單分子的檢測方法的發展。
(2)生物分析化學
隨著分析化學學科本身的發展和與其它相關學科的交叉與滲透，分析化學的研究對象和研究方法手段等都有了很大的拓寬。生命科學是世紀科學發展的結構重心和主導科學，與之相關的生物分析化學在現代分析化學中的重要地位毋庸置疑，生物分析化學在生命科學的研究和應用中將扮演越來越重要的角色。實驗室將圍繞與人民健康、經濟發展和國家安全等密切相關的課題，結合生命科學研究、臨床診斷、衛生防疫與監督、生物產品質量控制、食品安全乃至戰場環境偵檢和生化武器防范和其它突發事件等需要，開展生物傳感與芯片分析技術、免疫與基因分析新方法等方面的研究，提出生化分析新原理、新方法和分子診斷技術，建立原位、在線免疫與基因檢測新方法;發展微流控生物分析系統;建立單分子、單細胞實時分析方法，解決生命科學中的重大測試問題;從細胞層面上揭示細胞內與細胞間物質、能量與信息傳輸和分子識別機制，了解單個活細胞內的單分子事件，從而揭示其生命過程;為臨床診斷和發病機制研究提供新方法與新技術。
(3)生命與功能材料的表界面分析
生命體系中的物質傳輸、能量傳輸、電荷傳輸、識別以及信息傳導都在表界面上進行，如生物膜是生物體內生物化學反應和物質與能量信息傳輸、識別的主要場所。發展與生命有關的表界面分析新技術是認識生物分子間相互作用規律和本質的突破口，是從細胞和分子層次上深刻認識生命的本質與基本過程提供最重要的手段與基礎。
本方向將利用現有的高分辨和高靈敏分析手段，結合納米技術和納米組裝技術、微流控生物芯片分離檢測技術和微機電加工技術等，發展和建立與生命有關的原位、實時表界面分析新方法、新技術和測試平臺;研究生物分子間的相互作用和生物膜與仿生界面上的一些重要的生物化學反應與識別機制;從細胞層面上揭示細胞內與細胞間物質、能量與信息傳輸和分子識別機制，實現人工調控細胞增長與分化;實現從分子水平上甚至單分子水平上揭示弱相互作用的化學本質，認識重大疾病或各種特發事件的起因和尋找它們的藥物治療方法。
(4)藥物分析化學
在高科技領域，生物醫藥科學是世界公認的二十一世紀最具生命力的學科。而現代藥物化學則更是醫藥科學的核心和“皇冠上的明珠”。藥物分析貫穿著從先導化合物尋找開始到新藥上市的整個過程，在新藥研發中占著舉足輕重的位置。毫無疑問，從根本上來說，沒有藥物分析就沒有新藥的開發。
我們的工作將首先把分析化學學科相關的科研成果在本學科研究方向得到應用和進一步發展，建立一個藥物(包括天然藥物、中藥)研究開發的上下游全程進行監控的系統工程，包括天然產物、先導化合物及其衍生物的分離、分析和結構鑒定;探索藥物智能釋放與作用機理，實現藥物篩選，并為研制多功能新型藥物傳感器乃至生物實驗室開辟新途徑;開展新藥化合物的藥物代謝和藥物動力學研究;先導化合物的毒性檢測，尤其是快速藥物毒性檢測方法和數據庫的建立;新藥的質量標準的建立。
(5)環境分析化學
環境分析化學是當今一門極其活躍的學科，在國民經濟建設中發揮著重要作用。當今世界，各國政府都極為關注可持續發展的循環經濟問題，綠色環保已成為環境保護和資源再生中的重要環節，而環境分析化學則在其中起到“眼睛”的關鍵作用。
我們將緊密圍繞國家目標，突出環境化學交叉學科的特點，將現代其它學科(生物，物理，計算機和數學等)的新技術新原理引入環境分析化學，通過對環境中有害物質的組成、種類、成分、含量以及形態及其分布進行有效識別和分離測定，建立生命微量元素及有害元素在環境中的形態分布、遷移轉化、循環歸屬以及自然地理與人類之間生態界面的動態模型;探索致毒元素形態的生物有效性，有害金屬與生物體相互作用和致毒機理和金屬元素在生物體內的協同作用與拮抗作用規律;研制環境分析儀器自動化和實時監測技術，為國家的環境分析與監測提供技術儲備，為突發性環境污染災害成因的快速判斷提供技術支撐。