相較于傳統細胞表達系統，體外蛋白表達的he xin優勢在于：時間效率ge min性提升： 省略細胞培養與基因整合步驟，目標蛋白可在2-8小時內合成；開放體系可編程性： 直接添加非天然氨基酸、同位素標記底物或熒光基團，實現對產物化學性質的準確調控；毒性蛋白表達可行性： 無細胞環境避免毒性蛋白導致的宿主死亡，為凋亡因子等特殊分子研究提供可能；微型化兼容性： 反應體積可縮小至納升級，適配高通量篩選需求。這些特性使體外蛋白表達成為 功能蛋白快速驗證的推薦平臺，尤其在需平行測試多突變體的場景中具明顯優勢。大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后，利用其??高密度核糖體??快速啟動蛋白表達。分泌蛋白表達純化

無細胞蛋白表達技術在實際應用中也存在一些技術短板。由于反應體系缺乏活細胞的代謝調控機制，能量供應和原料再生效率較低，導致反應持續時間較短（通常只維持4-6小時），限制了蛋白產量的進一步提升。同時，該技術對反應環境高度敏感，溫度波動、氧化應激或污染物都可能影響蛋白合成效率，這對實驗操作的穩定性提出了更高要求。此外，雖然CFPS能表達傳統細胞系統難以生產的毒性蛋白，但對于需要復雜折疊或多亞基組裝的蛋白（如某些膜蛋白或超大分子復合物），其成功率仍然有限。常見蛋白表達修飾預混 1× 蛋白酶抑制劑可防止 ??新合成體外表達蛋白?? 被裂解物內源酶降解。

從實驗室走向產業化，無細胞蛋白表達技術還面臨多重障礙。規模化生產時，反應體系的均一性和重復性難以保證，且大規模制備高活性裂解物的成本效益比仍需優化。在下游純化環節，由于反應混合物中含有大量核酸、酶和其他細胞組分，目標蛋白的分離純化步驟比傳統方法更復雜。此外，目前大多數CFPS工藝仍處于分批反應模式，連續化生產設備的開發滯后，限制了其在工業流水線中的應用潛力。盡管存在這些挑戰，隨著微流控技術、人工智能優化反應條件等新方法的引入，CFPS技術正在逐步突破這些產業化瓶頸。

盡管體外蛋白表達在科研領域優勢明顯，其規模化應用仍面臨三重挑戰：裂解物制備成本高： 真核裂解物（如兔網織紅細胞）的原料獲取與標準化生產難度大，單位成本遠超微生物發酵；反應體系穩定性不足： 蛋白酶/核酸酶導致的產物降解及底物（如ATP）快速耗竭限制持續合成時間；產物濃度天花板： 當前比較好工藝的蛋白產量約5g/L，較CHO細胞系統（>10g/L）存在差距。解決這些瓶頸需開發 工程化裂解物（如RNase缺陷型菌株）與連續流灌注技術，提升經濟可行性添加 2 mM 鎂離子可使 ??大腸桿菌體外蛋白表達??產量提高 60%。

無細胞蛋白表達技術（CFPS）根據反應體系的設計可分為分批式（Batch）、雙層式（Bilayer）和連續交換式（CECF）三種主要形式。分批式是Zui基礎的形式，反應在單一試管中進行，操作簡單但受限于底物耗盡和副產物積累，表達時間通常只4小時，適合小規模篩選（如Promega的試劑盒）。雙層式通過密度差異將反應液與緩沖液分層，延長反應時間至8-20小時，日本CFS公司的產品采用此設計。連續交換式（CECF）通過半透膜連接反應室與供應室，持續補充底物并移除副產物，可將反應延長至24小時，產量明顯提高（如德國RTS系統的1mL及以上規模產品）大腸桿菌裂解物的??高翻譯效率??可支持??100μg/mL級??蛋白產量,限制造就完整功能的真**白表達。his標簽蛋白表達條件篩選

隨著工程化裂解物與自動化設備的進步，體外蛋白表達技術將繼續向??更低成本、更高精度??進化。分泌蛋白表達純化

無細胞蛋白表達技術在藥物研發領域具有明顯優勢，尤其適用于快速生產zhi liao性蛋白、抗體和疫苗抗原。例如，在COVID-19期間，研究人員利用CFPS在幾小時內合成COVID-19刺突蛋白的RBD結構域，大幅加速了疫苗候選分子的篩選和驗證。此外，該技術可高效表達傳統細胞系統難以生產的毒性蛋白（如某些抗ai藥物靶點）或易降解蛋白（如細胞因子），并支持非天然氨基酸插入，為抗體藥物偶聯物（ADCs）的開發提供準確修飾平臺。相比哺乳動物細胞培養（通常需要1-2周），CFPS可在24小時內完成從基因到蛋白的全流程，明顯縮短藥物發現周期。分泌蛋白表達純化