团队致力于核酸化学、生物传感与生物成像研究，在基于分子自组装的 DNA 纳米技术方面进行了长期而系统的研究工作，并探索以框架核酸为特色的重大疾病诊疗、新型生物计算和分子机器等前沿应用。主要包括以下四个方向∶
1.DNA 自组装。发展新型核酸自组装策略，设计与合成框架核酸结构并用于分子识别和活细胞分析;
2.活细胞成像。依托框架核酸发展适合活细胞成像应用的荧光编码探针，理解人工设计的纳米结构如何在活细胞和动物体内组装并发挥作用;
3.分子机器。基于 DNA 编码开展合成生物学研究，设计分子机器和纳米机器人，在时空域有序调控细胞和活体过程;
4.DNA存储与计算。设计构建基于框架核酸的纳米存储基元库，建立多维度、高密度数据存储体系，发展新型多级信息编码及存储、计算新机制。

2014年上海自然科学一等奖2016年国家自然科学二等奖
2019年度何梁何利基金科学与技术创新奖美国化学会"测量科学进展讲座奖"第十二届"谈家桢生命科学创新奖"

设计并探索具有人工智能的核酸机器人，并以此为基础发展合成生物学。