在破解当今高分辨电子显微学面临问题之际，抓住高分辨显微电子学发展的重大机遇，需要整合多种资源，进行系统化的有组织的应用基础研究，以期获得方法学和重大应用方向的原创性研究成果。单纯的通过采购商业化设备来搭建表征平台已不能满足我国日益增长的科研需求，需要从更基础的研究做起，关注方法学的发展和建立。因此，重点实验室的主要研究方向将集聚在以下三方面：

（1）电子束敏感材料的表征新方法

发展针对电子束敏感材料的先进电子显微学新方法。比如发展高通量快速三维电子衍射方法，实现亚微米尺寸晶体的快速物相识别，为微晶三维结构解析提供新范式；结合冷冻电镜和原位电镜技术，实现工况条件下电子束敏感材料的晶体结构解析和手性确认，探究柔性材料中主客体间的相互作用，促进新型多孔材料的研发和新药物的筛选；开发新的低剂量高分辨成像方法，包括低剂量成像、像差控制以及算法控制，尤其是结合人工智能和深度学习，解决低剂量下图像的降噪和漂移矫正等问题，实现软物质材料（比如金属有机框架材料和二维卤化物钙钛矿异质结）的无损高分辨成像，在原子尺度研究物质的微观结构，揭示材料结构与性能间的构效关系。

（2）多重原位集成新方法

通过研制和改进原位扫描、透射电镜，结合在线质谱等设备，实现反应过程中催化剂等材料的多重原位追踪功能。使得综合原位观测结果更加趋近真实情况，在多尺度条件下实时观测材料在不同环境下的结构演变，揭示物质结构与性能的关联。发展利用可控电子束辐照实现原子或分子尺度下物理化学过程的激发，观察分子、团簇和晶体等的物理和化学过程，力求发展基于电子束辐照的反应机理研究和分子制造新方法。

（3）冷冻电镜断层扫描技术

发展新的冷冻电子断层成像方法，探索样品制备和数据采集新手段，实现冷冻电子断层成像的全自动、高通量数据收集以及高效三维重构技术；研究荧光显微镜-冷冻电镜结合技术，实现跨尺度成像技术的整合，从原位状态下、原子分辨率水平上观察细胞内部的精密结构，驱动结构辅助的药物设计，助力结构生物学的发展，支撑生物医药产业的战略升级。