根據模板設計，無細胞蛋白表達技術可分為線性模板和環狀模板表達。線性模板（如PCR產物）無需克隆，快速啟動表達，但穩定性差、產量較低，適用于Batch體系的快速篩選。環狀模板（如質粒DNA）通過克隆技術制備，穩定性高且產量提升，適合CECF體系的大規模生產（如抗體或抗原制備）。此外，結合T7/T3/SP6啟動子的偶聯轉錄/翻譯系統（如TNT系統）可直接以DNA為模板，簡化流程并提高效率。以上形式可根據需求組合使用，例如原核CECF系統+環狀模板用于工業化生產，或真核Batch系統+線性模板用于快速篩選。合成生物學利用體外蛋白表達構造??無細胞代謝網絡??。昆蟲蛋白表達條件篩選

20世紀90年代后，隨著分子生物學和合成生物學的進步，無細胞蛋白表達技術技術迎來突破。研究者通過優化裂解物制備（如敲除大腸桿菌核酸酶）、開發能量再生系統（如Phosphoenolpyruvic acid，PEP循環），明顯提升蛋白產量和反應時長。2000年代初，連續交換式反應體系（CECF）的出現解決了底物耗盡問題，使反應時間延長至24小時以上，產量達毫克級，為工業化鋪平道路。此階段，無細胞蛋白表達技術開始應用于毒性蛋白合成和抗體片段生產，但成本仍較高。低溫誘導蛋白表達純化例如HIV蛋白酶在通過體外蛋白表達后仍切割底物蛋白，但其毒性被限制在封閉體系內。

在特殊應用領域，無細胞蛋白表達技術CFPS的性價比難以用傳統標準衡量。例如：① 非天然氨基酸標記蛋白（如ADC藥物開發），細胞系統需基因改造且產量極低，而無細胞蛋白表達技術CFPS直接添加修飾氨基酸即可實現，單次反應成本雖高但省去數月工程菌構建時間；② 便攜式生物制造（如戰場急救蛋白生產），凍干無細胞蛋白表達技術CFPS試劑可在無冷鏈條件下即時合成，其“按需生產”特性大幅降低倉儲物流成本。這些場景下，無細胞蛋白表達技術CFPS的技術獨特性使其成為高性價比解決方案。

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，但缺乏糖基化修飾能力。

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。通過微型化??體外蛋白表達??系統，24小時內測試了50種激酶抑制劑的效價。大分子蛋白表達流程

大腸桿菌體外蛋白表達??的成本只為兔網織紅細胞系統的1/20，適合大規模篩選。昆蟲蛋白表達條件篩選

在合成生物學中，無細胞蛋白表達技術是構建人工細胞和基因電路的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，創建雜合翻譯系統，以實現跨物種蛋白的協同合成。該技術還支持無細胞基因線路的快速原型設計，例如將CRISPR組分與報告蛋白共表達，用于體外診斷工具的開發。由于擺脫了細胞膜的限制，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-非生物雜合系統的前沿研究。無細胞蛋白表達技術可快速表達膜蛋白（如GPCRs、離子通道）用于藥物靶點研究，解決了此類蛋白在細胞內難表達、易沉淀的問題。在診斷領域，基于CFPS的體外轉錄-翻譯系統被整合到便攜式設備中，用于現場檢測病原體核酸（如埃博拉病毒），實現“樣本進-結果出”的快速診斷。此外，該技術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。昆蟲蛋白表達條件篩選