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(xù)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(huán)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(wěn)定性提出了更高要求。此外，雖然CFPS能表達傳統(tǒng)細胞系統(tǒng)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。添加硒代甲硫氨酸的體外蛋白表達實驗??，直接獲得 X 射線晶體學級硒標記蛋白。毒性蛋白表達包涵體

無細胞蛋白表達技術（CFPS）雖然具有快速、靈活等優(yōu)勢，但仍存在一些關鍵缺點。首先，成本較高，商業(yè)化裂解物、能量試劑和酶的價格昂貴，小規(guī)模實驗單次反應成本可達數百元，大規(guī)模生產的經濟性尚未完全解決。其次，蛋白產量較低，反應通常在幾小時內終止，產量（0.1-1 mg/mL）遠低于細胞表達系統(tǒng)（如大腸桿菌可達10 mg/mL以上）。此外，復雜蛋白表達受限，原核裂解物缺乏真核翻譯后修飾能力（如糖基化），而真核裂解物成本更高；部分蛋白可能因折疊不完全而喪失活性。技術操作上，反應條件（pH、離子強度等）需精細調控，且線性DNA模板易降解，增加了實驗難度。CFPS目前更適合小規(guī)模應用，在超長蛋白（>100 kDa）表達和工業(yè)化連續(xù)生產方面仍面臨挑戰(zhàn)。未來需通過開發(fā)低成本試劑、優(yōu)化能量再生系統(tǒng)和自動化工藝來突破這些瓶頸。大腸桿菌可溶蛋白表達流程用微流控技術整合裂解物分配\DNA模板加載及反應監(jiān)測模塊可在??單張芯片上并行執(zhí)行千次蛋白表達反應??.

無細胞蛋白表達技術的模板可以是線性DNA（如PCR產物）或環(huán)狀質粒，需包含啟動子（如T7/T3/SP6）和核糖體結合位點（RBS）以啟動轉錄翻譯。為提升效率，系統(tǒng)可能添加分子伴侶（如DnaK/GroEL）輔助蛋白折疊，或氧化還原劑（如谷胱甘肽）促進二硫鍵形成。部分高級系統(tǒng)（如PURE體系）使用純化重組元件替代粗提物，實現更高可控性，但成本較高。無細胞蛋白表達技術可靈活引入非天然氨基酸（nnAA），擴展了蛋白質的功能多樣性。例如，通過定制tRNA和氨酰-tRNA合成酶，無細胞蛋白表達技術系統(tǒng)能準確將熒光標記或交聯基團嵌入目標蛋白，用于結構生物學或藥物偶聯開發(fā)。更前沿的應用是人工生命體系的構建，如利用無細胞蛋白表達技術合成噬菌體或人工細胞雛形，結合微流控技術模擬細胞內代謝網絡，為合成生物學研究提供可控的簡化模型。

近年來，無細胞蛋白表達技術（CFPS）市場呈現快速增長趨勢，主要受益于生物醫(yī)藥研發(fā)和合成生物學的需求激增。根據市場分析報告，全球CFPS市場規(guī)模預計將在2025-2030年間以15%-20%的年均復合增長率擴張，其中北美和歐洲占據主導地位。多家生物技術公司（如ThermoFisher、Synthelis、ArborBiotechnologies）已推出商業(yè)化無細胞蛋白表達技術試劑盒和服務，覆蓋從科研到工業(yè)級的生產需求。尤其在個性化醫(yī)療和快速疫苗開發(fā)領域，無細胞蛋白表達技術因其短周期、高靈活性成為企業(yè)布局的重點，例如在mRNA疫苗生產中用于快速驗證抗原設計。合成生物學利用體外蛋白表達構造??無細胞代謝網絡??。

傳統(tǒng)微生物發(fā)酵生產工業(yè)酶面臨周期長（>72 小時）且純化復雜的瓶頸。新一代連續(xù)流體外蛋白表達系統(tǒng) 通過耦合反應器實現高效合成：將大腸桿菌裂解物與纖維素酶基因模板泵入螺旋管，在 30℃ 恒溫條件下持續(xù)產出酶蛋白，每小時產量達 120 mg/L，較批次反應提高 8 倍。德國 BRAIN AG 公司利用此技術生產 耐熱木聚糖酶，直接添加至造紙漿料中降解半纖維素，使漂白劑用量減少 30%。該系統(tǒng)還支持 實時補料——補充消耗的氨基酸和能量物質可維持 48 小時穩(wěn)定表達，單位酶成本降至 $2.5/g，逼近發(fā)酵法經濟閾值。把細胞的“蛋白生產工具”倒進試管，加點基因“設計圖”和原料，幾小時就能??進行蛋白表達。gst蛋白表達陰性

不用養(yǎng)細胞，直接拿細胞內部的“機器”（核糖體+酶）??在試管里進行蛋白表達??。毒性蛋白表達包涵體

體外蛋白表達已成為生物學教學的高效工具。高中生使用 “GFP 熒光蛋白表達試劑盒”（含凍干裂解物和 pET-28a-GFP 質粒），加水混合后在 37℃ 培養(yǎng)箱放置 2 小時，紫外燈下即可觀察到綠色熒光，直觀演示“基因→蛋白→功能”的中心法則。美國 Bio-Rad 公司推出的教育套件年銷量超 10 萬套，實驗成功率 >95%。在合成生物學領域，該技術助力學生設計 人工生物回路：如將乳糖操縱子序列與紅色熒光蛋白基因融合，添加 IPTG 后 3 小時啟動表達，通過熒光強度量化啟動子活性。這種 “當日設計，當日驗證” 的模式，極大加速了生命科學創(chuàng)新人才的培養(yǎng)進程。毒性蛋白表達包涵體