生物单分子是指一些与生命有着密切关系的有机低相对分子量化合物，是构成生物高分子的基本成分。

生物单分子是指一些与生命有着密切关系的有机低相对分子量化合物，包括氨基酸、脂肪酸、糖、嘌呤、嘧啶、单核苷酸、卟啉、ATP等高能化合物。它们是构成生物高分子的基本成分。就是一些相对低分子量的有机物，属于分子生物学研究范畴。原理可以说就是通过一些生物单分子的构造来阐述高级复杂的生命现象。具体方法就是通过一些先进的技术手段（比如扫描隧道显微镜，电子显微镜等）从分子水平上研究生命的一些基本生命现象的物质基础和基本方式。

生物单分子行为研究是指在单分子水平上对生物分子行为（包括构象变化、相互识别、相互作用等）的实时动态检测以及在此基础上的操纵、调控等，是分子生物学的自然延伸和必然趋势。由于单个生物分子的尺寸一般都在纳米量级，需要应用和发展纳米科学技术并用一些新的技术方法和概念加以研究；同时物质在纳米尺度时常具有既不同于宏观，也不同于微观的所谓介观性质，在生命科学领域有着广泛的应用前景，因此进行生物单分子研究有两个关键问题：

第一是选择有必要用单分子方法研究并能取得生物与医学中具有突破性成果和具有重大研究意义的研究课题，如蛋白质错误折叠问题、特异性分子识别问题和超灵敏检测等；

第二是必须有相应的技术、方法支撑，如扫描探针显微镜技术、近场光学技术、光镊技术、量子点技术等。生物单分子研究不仅可以推动物理、化学、数学等基础科学研究在细胞层次展开，有人甚至认为它可以促成生命科学革命性的发展。生物单分子研究将会为人类了解生物体系的复杂性和多变性开辟一条新的途径，有力地推动生命科学的发展并将广泛应用于生物、医学、农学等领域，已成为21世纪生命科学领域的一个重点研究方向。

生物单分子研究是以生命科学问题为核心、多学科、多角度交叉合作的研究项目。既需要生命科学从单分子水平提出急待解决的、具有重要科学意义的科学问题，也需要物理、化学、数学等基础科学发展适应单分子水平研究的理论与技术，并应用于生命科学中单分子行为研究。项目围绕生命科学中的具有重大意义的基础问题进行探索，同时结合当代前沿的纳米科学技术，在促进生物单分子研究的同时，拉动相关学科特别是基础学科的发展。本项目以生命科学中几个重要科学问题为主要对象，以生物单分子研究中新技术、新方法为基础，采用新的数学和物理模型，既注重研究问题的生命科学意义和价值，又强调新理论、新技术、新方法的源头性创新，鼓励跨学科、跨单位的合作研究。

1.单分子水平的蛋白质错误折叠与异常生命现象：在单分子水平揭示蛋白质错误折叠机制、错误折叠的蛋白质行为、调节因素、与细胞的相互作用及神经毒性机理。

2.单分子水平的生物信号转导：揭示活细胞内分子－分子间生物信号传导的动力学机制及生物学效应。

3.免疫调节中及其它配体－受体特异性分子识别的单分子机制：在成像基础上，从单分子水平揭示免疫调节中及其它配体－受体特异性分子识别机制及其生物学意义。

4.生物单分子成像、检测、操纵的新技术和新手段：发展适于活细胞研究的生物单分子成像、检测和操纵的新技术、新方法、新手段，并与适合的生物体系研究相结合

单分子技术是指在单分子水平上对生物分子的行为（包括构象变化、相互作用、相互识别等）的实时、动态检测以及在此基础上的操纵、调控等，是分子生物物理学的自然延伸和必然趋势。生命单元的基本功能主要取决于单个大分子，单分子操纵方法在研究单个生物分子的性质上有着独特的优势。与测量分子集合体整体性质的传统方法(如光散射，光偏振，粘滞性等)相比，单分子技术具有直接，准确，实时等优点。