方向一：薄膜纳米材料与器件
围绕低维纳米材料的可控制备、薄膜结构调控和新功能器件开展创新研究，取得如下突破：（1）构建了微纳薄膜基人工类神经网络模型并研制类神经常温纳米结构传感系统；（2）发现了调控掺杂纳米金刚石薄膜的负电子亲和势电极在交变电压驱动下的低能电子效应，实现了黑臭污染河水的高效治理；（3）发展了石墨烯耦合极化、氧化插层剥离的结构完整性调控以及单壁碳纳米管正交电磁场分步催化调控成核-生长-掺杂方法。
方向二：微纳结构加工
（1）提出了多元材料高精度微纳加工技术，解决了聚合物材质在三维、多材质、高精度加工与集成方面的难题；研究了功能微结构表面、仿生微结构表面等新型器件与制造工艺，并将其应用在微流体的高效、高速度输运和操控方面；开发纳米压印核心技术，实现了10 nm级图形化精度，支持高灵敏度纳米光学传感器件低成本批量制备。（2）提出了基于DNA分子接口的纳米材料可编程自组装合成策略，解决长程有序纳米材料难以可控化合成、合成工艺不通用的问题，实现了6类长程有序纳米材料批量化制备。进一步研制出早期胃癌试剂盒，获批医疗器械注册证，推动了胃癌的诊疗一体化研究。
方向三：智能微系统技术及应用
突破了可重构微架构及薄膜中介层技术，提高了智能微系统的数据处理能效及生物相容性；解决新型纳米材料与工艺在应用过程中面临的系统集成问题。基于该技术，研发了多模态脑信号采集芯片及系统，实现某国防脑控演示系统中原美国TI公司关键芯片及相关系统的国产替代；支撑了国际能效最高可穿戴健康监测指环产品的研发。