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）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。融合蛋白表達修飾

若需實現高階應用（如非天然氨基酸插入、膜蛋白合成），無細胞蛋白表達技術復雜度會明顯提升。例如，插入Azidohomoalanine需定制正交tRNA合成酶體系，且需優化反應中nnAA與天然氨基酸的比例；表達膜蛋白時則需添加脂質體或納米盤以維持蛋白折疊。此類實驗往往涉及多學科知識（合成生物學、生物化學），并依賴特殊設備（如微流控芯片工作站）。不過，隨著商業化試劑盒（如Thermo的PUREfrex2.0）和自動化平臺（如ArborBio的AI優化系統）的普及，部分操作正趨于標準化，降低了技術門檻。膜蛋白表達包涵體大腸桿菌裂解物添加含T7啟動子的線性DNA后，裂解物中的??內源性RNA聚合酶??即可轉錄mRNA。

在無細胞蛋白表達技術（CFPS）領域，Thermo Fisher Scientific和Merck KGaA等生命科學巨頭占據主導地位，它們提供標準化的商業化試劑盒（如Thermo的PURExpress®和Merck的RTS 100系統），覆蓋科研到工業級需求。這些企業通過成熟的供應鏈和全球分銷網絡，為制藥、診斷客戶提供一站式解決方案。此外，Takara Bio（寶生物工程）憑借其高效真核裂解物技術，在復雜蛋白表達（如糖基化抗體）細分市場表現突出。這些綜合服務商正通過收購創新企業（如Thermo收購CellFree Tech）進一步鞏固技術壁壘。

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。每一次體外蛋白表達的反應液微光，都在照亮人類準確操控生命分子的前沿征途。

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。當體外蛋白表達效率不足時，需檢測模板完整性并優化啟動子強度。誘導蛋白表達上調

??兔網織紅細胞裂解物??（RRL）和??小麥胚芽裂解物??（WGE）是兩類常見真核平臺,用于體外蛋白表達.融合蛋白表達修飾

體外蛋白表達正在革新現場快速檢測技術。以瘧疾診斷為例：將凍干的大腸桿菌裂解物、瘧原蟲 HRP2 基因 DNA 及顯色底物預裝在微流控芯片中，加入水樣后啟動 30 分鐘體外蛋白表達反應，生成的 HRP2 蛋白催化顯色劑變紅，靈敏度達 5 寄生蟲/μL（傳統試紙只 200/μL）。此方案在剛果金野外測試中顯示，陽性檢出率提升 40% 且無需冷鏈運輸。類似技術已擴展至COVID-19檢測——用患者鼻拭子 RNA 直接合成 Spike 蛋白，結合納米金抗體實現 1 小時確診。這種 “即測即表達”模式 將診斷成本降至 $0.5/次，成為資源匱乏地區的抗疫利器。融合蛋白表達修飾