郑波课题组主要从事微流控技术和合成生物学的研究。微流控方面我们致力于在生命分析领域的发展和应用，开发基于液滴或微阵列等微流控技术的新型分析芯片；合成生物学方面我们主要研究基于水凝胶的人造细胞体系，并致力于将其应用到蛋白质合成、代谢工程、生物传感器等领域。

1. 基于微流控技术的生化分析

在样品数量有限或试剂价格高的情况下，基于微量样品的化学分析显得十分重要。因此我们致力于开发利用纳升液滴、微孔和微阵列进行微量分析工作。纳升体积的液滴可以作为微反应器，用于合成、细胞分析，蛋白表达等。而液滴内对微量试剂的快速混和，让我们能够研究毫秒到秒动力学（图一）。我们证明纳升液滴内的电化学分析和基于液滴中对单核苷酸多态性的检测具有消耗最少试剂以及辨别能力好的优势。

图一：用于研究DNA聚合酶动力学的液滴微流控芯片

微孔、微点阵列被广泛运用在高通量生物分析和筛选。应用范围囊括药物筛选、遗传分析、免疫分析、单细胞分析、蛋白结晶等。由于微孔和位点的尺寸减至亚毫米级别，需要微流控技术对液体进行处理。在如此小的维度上，蒸发损失加速，界面张力成为主导，为了解决这些问题，我们开发了一种能够简单分配纳升体积微孔液体的方法。基于这个方法，使得我们能够在微孔中展示蛋白结晶和相图研究。除此之外，我们也在全氟表面上研发了新的表面图案化的方法，为微阵列技术提供基底（图二）。

图二：修饰后的全氟表面形成的单细胞阵列

2. 人工细胞及无细胞合成生物学

人工细胞在合成生物学，生物传感器，药物递送以及生命起源等领域有重要的应用。我们将无细胞翻译转录系统相关蛋白固定在水凝胶的聚合物骨架上，并将质粒模板和核糖体封入水凝胶内，构建了基于水凝胶体系的人工细胞（图三）。这种人工细胞在接连不断的提供能量和营养的情况下，可以稳定高效地合成蛋白质长达数十天。除此之外，该人工细胞支持利用乳糖操纵子进行蛋白表达调控。我们亦在此人工细胞内构建了体外的基因震荡器。基于水凝胶体系的人工细胞为基因电路工程、代谢工程以及生物传感器提供了一个相当有前景的平台。

图三：基于水凝胶的人工细胞

3. 微生理系统及类器官芯片

微生理系统是一种通过微流控技术进行细胞培养的芯片系统，可以模拟人体组织器官的结构和功能，主要应用于药物研发、疾病模型构建和精准医疗等领域。类器官芯片则是将类器官通过微流控技术形成的器官微生理系统。我们通过与类器官领域的同行合作，把微型人体组织器官与微流控芯片整合，培养更接近真实组织器官状态的微生理系统或类器官芯片（图四）。

图四：肠道类器官芯片