1. 分子探针的功能设计、制备及其诊疗应用
以重大疾病关键分子靶点作为识别和干预目标，通过设计与构建特定分子探针，结合体外诊断和在体影像技术，开展外周血、唾液、汗液等中的靶标分子的超敏特异检测；实现在活体层面对原位分子靶点精准标记、成像和靶向干预，为理解病理形成过程、精确诊断和个性化靶向干预及治疗提供新工具。
2. 新模式分子影像学研究
主要包括新模式分子探针设计和制备，相应模式的成像设备开发等。
3. 极低背景信号（低噪）干扰下的生化分析和医学影像诊断
该类探针或具有肿瘤微环境特异灵敏响应，或能在外界物理作用场下具备信号发射功能，从而可获得无背景信号或高信噪比的医学图像信息，用于疾病诊断研究。
4. 体外分子诊断试剂及便携式检测仪器开发
利用自行合成的纳米材料或功能微球（如荧光量子点），经表面工程化修饰，标记相应的靶标分子，对体外血清，尿液、病毒等进行特异性，超灵敏，快速检测。研发新型体外诊断模式，研制相应的便携式信号读数仪。