长期从事生命分析化学与临床分子诊断方法学研究。曾主持973项目、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金创新研究群体项目（三期）、重点项目（3项）、重大仪器专项、青年基金、面上、重大研究计划项目等。通过聚焦分子识别与信号放大，围绕纳米生物传感、疾病标志物检测、细胞及其功能分子的定量与示踪，在免疫分析方法的建立、肿瘤等疾病诊断新方法的提出、生物功能材料的有序组装及器件构建、生物传感器件和细胞分析化学等诸多领域做出了原创性的工作。研究工作率先用纳米粒子加速电子传递，创建了生物分子的高效传感界面与安培传感新原理，系统建立了纳米材料生物功能化、仿生分子识别与生物传感策略，并首次将量子点电致化学发光用于生物传感，形成新的研究方向；围绕临床诊断需求，系统地提出纳米与DNA信号放大策略，创建了系列核酸检测新原理，提出多种分辨和加速识别反应的方法，建立了DNA与RNA高灵敏检测和多种疾病标志物同时检测的高灵敏电化学与化学发光免疫分析方法，提出系统的可视化检测技术，开创性地建立了细胞内microRNA调控及原位纳米传感方法，克服了现有技术与目前标志物在诊断应用中特异性不足的缺陷；针对生命分子原位精准检测方法的缺乏，提出高灵敏细胞分析、细胞信号提取与端粒酶、唾液酸酶、mRNA等功能分子在细胞中的原位定量方法，开创了细胞表面糖基的原位检测领域，创建了癌症手术效果评估与肿瘤细胞凋亡机制研究新方法，实现了癌症的原位靶向成像、高效光动力治疗和疗效实时监测的一体化，为生物分子的功能研究与疾病标志物甄定提供了新途径；提出细胞表面双受体介导识别的“逻辑门”响应方法，实现了区分细胞亚型的siRNA运载和可控靶向基因治疗，为肿瘤等重大疾病的精准诊治提出新的范式。成果分别获2001、2009、2013年获教育部自然科学一等奖3项，2011、2014、2015、2016、2018年江苏省科学技术一等奖3项（2项合作）、三等奖2项（合作），2017年重庆市科学技术一等奖（合作），2008、2009、2014年获中国分析测试协会科学技术一等奖3项，2008、2009年江苏省科技进步二等奖2项。曾获中国化学会青年化学奖、梁树权分析化学基础研究奖、江苏省青年科学家奖称号。
至2019年6月，相关研究成果在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.等刊发表论文650多篇，被他引27000余次，H-index为89 (Google Scholar h-index为96，引用33000多次)，出版中英文专著、教材8部(Elsevier和Springer出版社3部)，为8部英文和9部中文著作撰写专章各1篇、获授权专利23件。