基于先进装置的生物方法学研究主要包括在同步辐射光源的结构生物学与软X-射线成像线站上发展新型蛋白质结晶技术、高分辨率的蛋白质晶体衍射技术和细胞高分辨成像技术等，并且联合基于非同步技术的先进实验装置研制与应用研究-太赫兹时域光谱，以此做为结构生物学、细胞成像等生物学前沿研究提供先进的平台和方法学，对生物体系以及生物学的动态过程进行观测。目前集中在探索某些新型纳米探针(如量子点)导致的生物学效应上，并在此基础上发展出相应的观测新方法和新术。 

发展单分子探测、单分子成像、单分子光谱学和单分子力学等先进手段，研究单个生物分子的行为、本征特性以及环境对其结构和行为的影响。通过在微观水平上对单分子的特性研究，达到对生物分子的集合和宏观上的现象有更加深入理解的目的。目前主要集中在相关纳米生物技术的基本方法构建、界面纳米结构的构筑与生物分子作用机制的基础研究，以及水的纳米特性以及生物效应研究。具体包括：新型纳米显微和操纵技术以及在新一代测序技术上的应用研究；水的纳米特性及其对生物分子自组装和相互作用的影响；单个生物大分子的压弹性和介电性质研究；单分子水平DNA 和蛋白质分子相互作用以及神经退行性疾病相关蛋白积聚的研究。