在納米表征領域，1988年，化學所研制出我國第一臺集計算機控制、數據分析和圖像處理系統于一體的掃描隧道顯微鏡（STM）和我國第一臺原子力顯微鏡（AFM），奠定了我國納米科技研究的物質基礎。2001年，中國科大在國際上首次利用低溫STM獲得能夠分辨碳-碳單鍵和雙鍵的C60單分子圖像，并于2013年在國際上首次實現了亞納米分辨的單分子光學拉曼成像，獲2014年度中國科學院杰出科技成就獎。2013年，國家納米中心利用AFM技術在國際上首次實現了對分子間氫鍵的直接成像，為化學界爭論了80多年的“氫鍵本質”問題提供了第一個直觀證據。

在納米材料與器件領域，物理所、金屬所等單位在碳納米管的制備、納米結構及其物性調控、表面納米化等方面，20多年來產出了一批國際引領性成果，促進了該領域的研究和發展。2017年，上海微系統所聯合相關企業設計出低功耗、長壽命、高穩定性的鈧-銻-碲（Sc-Sb-Te）新型高速相變材料，對于我國突破國外技術壁壘、自主開發存儲器芯片具有重要意義。化學所基于長期基礎研究，發展了納米綠色印刷的完整產業鏈技術，并于2016年建成世界首條免砂目納米綠色印刷版材示范線。

在納米催化領域，2011年，大連化物所在國際上首次制備出Pt/FeOx單原子催化劑，并提出了單原子催化新概念，入選美國化學會2016年度十大科研成果。2014年，基于納米限域催化新概念，首創甲烷無氧制烯烴和芳烴催化過程，實現一步高效轉化，獲2015年度中國科學院杰出科技成就獎。

6 人工合成生物學研究

繼1965年我國在國際上首次人工合成牛胰島素（獲1982年度國家自然科學獎一等獎）之后，1981年11月，由上海生化所、上海細胞所、上海有機所、生物物理所和院外相關單位組成的聯合攻關團隊，歷時13年，在國際上首次人工合成了包含76個核苷酸的酵母丙氨酸轉移核糖核酸完整分子。該成果獲1987年度國家自然科學獎一等獎，對揭示生命起源和核酸在生物體內的作用意義重大，為進一步了解遺傳和其他生命現象、研制和應用多種核酸類藥物奠定了理論基礎，標志著我國在該領域進入世界先進行列。

2018年8月，分子植物科學卓越創新中心采用合成生物學“工程化”方法和高效使能技術，以單細胞真核生物釀酒酵母（天然含有16條線型染色體）為研究材料，在國際上首次人工創造出僅含單條染色體的真核細胞。這是繼人工合成牛胰島素和酵母丙氨酸轉移核糖核酸之后，我國科學家再一次利用合成科學策略回答了生命科學領域的重大基礎問題，將加深人類對生命本質的認識。

7 非人靈長類模型與腦連接圖譜研究

腦科學與智能技術卓越創新中心在非人靈長類模型與腦連接圖譜研究方面取得一系列重要原創成果。2017年年底在國際上率先攻克非人靈長類動物體細胞核克隆這一世界性難題，11月27日世界上首個體細胞克隆猴“中中”誕生，12月5日第二個克隆猴“華華”誕生。這是繼1997年英國克隆羊“多莉”后克隆生物技術領域的又一重大突破，將有力促進生命科學基礎研究和轉化醫學研究，為探究眾多復雜疾病機理、建立有效診治和干預手段及新藥創制帶來光明前景。

2016年，該卓越創新中心在世界上首次建立了攜帶人類自閉癥基因的非人靈長類動物模型——食蟹猴模型，構建了非人靈長類自閉癥行為學分析范式，為觀察自閉癥的神經科學機理研究提供了一扇重要窗口，為深入研究自閉癥的病理與探索可能的治療干預方法奠定了重要基礎。

2016年，該卓越創新中心成功繪制了更精確的人腦功能分區圖譜，即人類腦網絡組圖譜，突破100多年來傳統腦圖譜繪制的瓶頸，提出了“利用腦連接信息繪制腦圖譜”的思想，第一次建立了宏觀尺度上的活體全腦連接圖譜，為實現腦科學和腦疾病研究的源頭創新提供了重要基礎。

8 基因組研究