根據(jù)模板設(shè)計(jì)，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可分為線性模板和環(huán)狀模板表達(dá)。線性模板（如PCR產(chǎn)物）無需克隆，快速啟動表達(dá)，但穩(wěn)定性差、產(chǎn)量較低，適用于Batch體系的快速篩選。環(huán)狀模板（如質(zhì)粒DNA）通過克隆技術(shù)制備，穩(wěn)定性高且產(chǎn)量提升，適合CECF體系的大規(guī)模生產(chǎn)（如抗體或抗原制備）。此外，結(jié)合T7/T3/SP6啟動子的偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄/翻譯系統(tǒng)（如TNT系統(tǒng)）可直接以DNA為模板，簡化流程并提高效率。以上形式可根據(jù)需求組合使用，例如原核CECF系統(tǒng)+環(huán)狀模板用于工業(yè)化生產(chǎn)，或真核Batch系統(tǒng)+線性模板用于快速篩選。合成生物學(xué)利用體外蛋白表達(dá)構(gòu)造??無細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)??。昆蟲蛋白表達(dá)條件篩選

20世紀(jì)90年代后，隨著分子生物學(xué)和合成生物學(xué)的進(jìn)步，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)技術(shù)迎來突破。研究者通過優(yōu)化裂解物制備（如敲除大腸桿菌核酸酶）、開發(fā)能量再生系統(tǒng)（如Phosphoenolpyruvic acid，PEP循環(huán)），明顯提升蛋白產(chǎn)量和反應(yīng)時長。2000年代初，連續(xù)交換式反應(yīng)體系（CECF）的出現(xiàn)解決了底物耗盡問題，使反應(yīng)時間延長至24小時以上，產(chǎn)量達(dá)毫克級，為工業(yè)化鋪平道路。此階段，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)開始應(yīng)用于毒性蛋白合成和抗體片段生產(chǎn)，但成本仍較高。低溫誘導(dǎo)蛋白表達(dá)純化例如HIV蛋白酶在通過體外蛋白表達(dá)后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內(nèi)。

在特殊應(yīng)用領(lǐng)域，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的性價比難以用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)衡量。例如：① 非天然氨基酸標(biāo)記蛋白（如ADC藥物開發(fā)），細(xì)胞系統(tǒng)需基因改造且產(chǎn)量極低，而無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS直接添加修飾氨基酸即可實(shí)現(xiàn)，單次反應(yīng)成本雖高但省去數(shù)月工程菌構(gòu)建時間；② 便攜式生物制造（如戰(zhàn)場急救蛋白生產(chǎn)），凍干無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS試劑可在無冷鏈條件下即時合成，其“按需生產(chǎn)”特性大幅降低倉儲物流成本。這些場景下，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)CFPS的技術(shù)獨(dú)特性使其成為高性價比解決方案。

無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)（CFPS）根據(jù)反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續(xù)交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎(chǔ)的形式，反應(yīng)在單一試管中進(jìn)行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產(chǎn)物積累，表達(dá)時間通常只4小時，適合小規(guī)模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應(yīng)液與緩沖液分層，延長反應(yīng)時間至8-20小時，日本CFS公司的產(chǎn)品采用此設(shè)計(jì)。連續(xù)交換式（CECF）通過半透膜連接反應(yīng)室與供應(yīng)室，持續(xù)補(bǔ)充底物并移除副產(chǎn)物，可將反應(yīng)延長至24小時，產(chǎn)量明顯提高（如德國RTS系統(tǒng)的1mL及以上規(guī)模產(chǎn)品）大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產(chǎn)量，但缺乏糖基化修飾能力。

從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)還面臨多重障礙。規(guī)模化生產(chǎn)時，反應(yīng)體系的均一性和重復(fù)性難以保證，且大規(guī)模制備高活性裂解物的成本效益比仍需優(yōu)化。在下游純化環(huán)節(jié)，由于反應(yīng)混合物中含有大量核酸、酶和其他細(xì)胞組分，目標(biāo)蛋白的分離純化步驟比傳統(tǒng)方法更復(fù)雜。此外，目前大多數(shù)CFPS工藝仍處于分批反應(yīng)模式，連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)滯后，限制了其在工業(yè)流水線中的應(yīng)用潛力。盡管存在這些挑戰(zhàn)，隨著微流控技術(shù)、人工智能優(yōu)化反應(yīng)條件等新方法的引入，CFPS技術(shù)正在逐步突破這些產(chǎn)業(yè)化瓶頸。通過微型化??體外蛋白表達(dá)??系統(tǒng)，24小時內(nèi)測試了50種激酶抑制劑的效價。大分子蛋白表達(dá)流程

大腸桿菌體外蛋白表達(dá)??的成本只為兔網(wǎng)織紅細(xì)胞系統(tǒng)的1/20，適合大規(guī)模篩選。昆蟲蛋白表達(dá)條件篩選

在合成生物學(xué)中，無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)是構(gòu)建人工細(xì)胞和基因電路的he xin工具。研究人員通過混合不同物種（如大腸桿菌+哺乳動物）的裂解物，創(chuàng)建雜合翻譯系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)跨物種蛋白的協(xié)同合成。該技術(shù)還支持無細(xì)胞基因線路的快速原型設(shè)計(jì)，例如將CRISPR組分與報(bào)告蛋白共表達(dá)，用于體外診斷工具的開發(fā)。由于擺脫了細(xì)胞膜的限制，CFPS可直接整合非生物元件（如合成聚合物或納米材料），推動人工合成生命和生物-非生物雜合系統(tǒng)的前沿研究。無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)可快速表達(dá)膜蛋白（如GPCRs、離子通道）用于藥物靶點(diǎn)研究，解決了此類蛋白在細(xì)胞內(nèi)難表達(dá)、易沉淀的問題。在診斷領(lǐng)域，基于CFPS的體外轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)被整合到便攜式設(shè)備中，用于現(xiàn)場檢測病原體核酸（如埃博拉病毒），實(shí)現(xiàn)“樣本進(jìn)-結(jié)果出”的快速診斷。此外，該技術(shù)還能合成定制化抗原，用于抗體庫篩選或個性化cancer疫苗開發(fā)。昆蟲蛋白表達(dá)條件篩選