体外合成生物途径设计与构建：重点围绕体外生物合成系统组装的适配性、有效性等关键科学问题，结合大数据进行化学品新路径的设计，提出了不依赖于ATP的糖苷键能量激活策略，将淀粉、纤维素和CO₂等廉价底物转化为高值产品，实现高附加值化学品生成路线的替代，降低高值化学品的生产成本。

辅酶体外再生：围绕高值化学品生产中的还原力和能量供给的稳定性和成本问题，开发了以淀粉为能量载体的人工烟酰胺辅酶和ATP再生体系，为高值化学品生产的能量供给奠定坚实基础。

多酶复合体的构建与共固定：围绕体外生物合成路径中的反应效率和稳定性问题，利用蛋白质相互作用对构建多酶复合体，并开发多种共固定化方法，提高体外合成的效率和稳定性。