1979年09月至1983年07月，就读于上海铁道大学（现同济大学）电气工程系电气工程专业，毕业并获得学士学位。
1983年07月至1986年12月，担任铁道部资阳内燃机车厂柴油机分厂助理工程师。
1986年12月至1995年12月，担任西南政法大学司法鉴定中心助理工程师。
1988年03月至1989年03月，担任英国思克莱德大学化学系访问学者。
1989年03月至1992年10月，就读于英国思克莱德大学化学系法医科学专业，毕业并获得博士学位。
1992年11月至1993年03月，在英国思克莱德大学化学系司法医科专业从事博士后研究工作。
1993年04月至1994年11月，在英国阿伯丁大学分子及细胞生物学系从事博士后研究工作。
1994年11月至1996年06月，在美国宾夕法尼亚大学病理及实验室医学系从事博士后研究工作。
1996年06月至1996年11月，担任美国宾夕法尼亚大学医学院研究助理教授。
1996年12月至1999年03月，担任美国Nanogen公司资深科学家暨工程师、首席科学家暨工程师及首席研究员，美国AVIVA公司技术总监。
1999年03月，担任清华大学生物医学工程系讲席教授、博士生导师。
2000年09月，担任生物芯片北京国家工程研究中心主任。
2009年，当选为中国工程院院士。
2015年，当选为国际欧亚科学院院士。
2019年，被聘为中国医学科学院学部委员。
2020年，当选为中国中医科学院学部委员。
2024年03月，当选美国医学与生物工程院会士。
2003年，获“全国留学回国人员先进个人”称号。
2004年，获“杰出青年成果转化奖”。
2004年，获“中国青年科技奖”。
2008年，获第一届“谈家桢生命科学奖（创新奖）”。
2008年，获“何梁何利基金科学与技术创新奖（青年创新奖）”。
2010年，获首届中国留学人才归国创业腾飞奖“十大杰出人物”称号。
2014年，获“中国科学年度新闻人物”称号。
2014年，获第十届“光华工程科技奖（工程奖）”、首届“中国杰出工程师奖”。
2016年，获第九届“谈家桢生命科学奖（成就奖）”。
2016年，被评为“北京十大榜样”。
2018年，获中国出生缺陷干预救助基金会“科学技术奖”、首届“转化医学杰出贡献奖”。
2020年，获“北京市抗击新冠肺炎疫情先进个人”、第二届“全国创新争先奖”。
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