（一）生命有机磷化学
　　实验室主要学术带头人赵玉芬院士以生命有机磷为主线，在生命起源、五配位磷化学与生命化学、有机合成方法及机理研究等领域取得了诸多重要研究成果。尤其以五配位磷结构为依据切入了生命化学领域；发明了在水溶液中合成磷酰氨基酸的方法，发现这类化合物可以自身组装成肽，也可以与核苷形成核苷酸；提出了一种微型演化系统的假设，即在前生源条件下磷迁移的瀑布状模型。发现了丝组二肽作为最小的酶模型能够切断蛋白质和DNA。这方面的研究在国内外形成了较大的影响。
　　选题的意义: 通过合成化学、生物质谱、计算化学、生物信息学、组合化学和高场多维多核核磁共振等手段，研究五配位磷化学，研究生理活性短肽、有机磷与核酸、蛋白、酶的相互作用，及前者对后者的切割或调控作用，可望揭示和调控生物大分子的功能及其化学实质，进而用于药物研发。
（二）有机小分子合成与调控
　　以有机小分子为探针，发展新技术、新方法，针对生命体系信号转导过程中的重要分子事件，开展化学生物学研究，揭示信号转导的调控规律，为重大疾病的诊断和防治提供新的标记物、新的药物作用靶点和新的先导结构，为创新药物的发现奠定基础。同时，促进化学和生命科学研究的衔接和交叉集成，形成新的学科生长点。
（三）天然活性物质与药物化学
　　从具有显著生理活性的天然产物出发，研究其合成、结构与生物活性之间的规律，以阐明药用生物有效成分，获得具有新结构的化合物或具有生物活性的单体；以天然活性化合物为先导化合物，通过合成、天然来源及生物转化等途径发展和获取活性小分子探针，探索其在信号转导过程研究中的生物学意义，以获得高效低毒的创新药为目的，发展具有我国自主知识产权的新药。
（四）生物信息学与药物设计
　　该方向旨在组织和集中一批具有不同学科背景的研究工作者，从不同的学科视角，利用信息学技术，开展生命科学、医学、药学和化学生物学等前沿交叉领域的创新型基础研究及应用开发工作；并为相关学科的系统化、规模化和理性化发展提供支持。具体研究内容包括生物信息学辅助药物设计及筛选，及其相关的功药物基因组学/蛋白组学、化学基因组学、药物代谢组学、药物毒理学等。
（五）分子识别与疾病诊断
　　以重要生命体系为研究对象，利用复合化学筛选方法和展示技术发现可特异性识别重要生命物质的识别配体；有机结合分子工程手段、纳米生物学方法和化学合成技术，构筑高分辨、高特异性合高灵敏分子探针；综合多种现代分析表征技术，建立实时、动态的单细胞、单分子分子成像和检测系平台。研究表征基因、蛋白等生物大分子结构及其相互作用，解析信号传导、代谢网络途径，定量描述和预测生物功能，为破译生命密码、新药研发、疾病预防和治疗提供理论与技术支撑。
　　发展高灵敏、高通量的生物分析技术和方法，生物活性物质表征新原理、新方法，化学物质与生物大分子相互作用和分子识别的分析技术，发展高通量的筛选技术，建立实时、动态的单细胞分子成像系统。开发这些生物分析技术在疾病诊断、检验检疫、环境检测及药物研发中的应用。
开展分子诊断学新技术和新方法研究，注重开发先进的具有自主知识的多个层次的平台型技术，用于重大危害疾病的诊断和现有技术难以实施的疾病诊断，包括基因诊断、免疫诊断等。
　　筛选高效诊断肝癌和肺癌多肽标志物，并应用于临床诊断。建立家庭普及型肿瘤诊断试剂盒和诊断简易分析技术，为实现家庭普及型诊断与监测肿瘤疾病提供新技术，减少死亡率和发病率
　　选题的意义: 用于临床快速诊断,减少疾病诊断成本,提高分析效益,最终达到挽救更多生命的科学意义和价值。