無細胞蛋白表達技術的模板可以是線性DNA（如PCR產物）或環狀質粒，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（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。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。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。無細胞蛋白表達

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新人才的培養進程。常用蛋白表達水平我們需要先??構建蛋白表達載體??，再轉染細胞。

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

無細胞蛋白表達技術（CFPS）在毒性蛋白和膜蛋白的合成中展現出獨特優勢。傳統細胞系統難以表達具有細胞毒性的蛋白（如溶菌酶、限制性內切酶），而無細胞蛋白表達技術通過體外開放環境規避了宿主細胞存活限制，可高效合成活性毒蛋白，例如珀羅汀生物成功表達的BamHI內切酶，其Minimun活性濃度只需0.001μg/μL。此外，無細胞蛋白表達技術通過添加表面活性劑或脂質體模擬膜環境，實現了全長跨膜蛋白（如CLDN18.1）的可溶表達，純度達80%以上，為藥物靶點開發提供了關鍵工具。芯片級體外蛋白表達??體現較前沿的進展。

從裂解物來源看，無細胞蛋白表達技術主要分為原核系統和真核系統。原核系統以大腸桿菌S30提取物為主，成本低、耐受性強，適合表達簡單蛋白或引入非天然氨基酸，但缺乏復雜翻譯后修飾能力。真核系統包括兔網織紅細胞裂解物（RRL）和麥胚提取物（WGE），前者適合哺乳動物蛋白的高效表達，后者對植物和病毒蛋白更優，且能處理長鏈RNA，但成本較高。此外，昆蟲細胞提取物系統近年也用于復雜蛋白的修飾研究。英國nuclera 高通量微流控蛋白表達篩選系統可助力支持無細胞蛋白表達技術，如想了解更多信息，歡迎咨詢官方代理商上海曼博生物！兔網織紅細胞裂解物??含??成熟血紅蛋白合成機制??，能實現復雜酶活性分子的功能性蛋白表達。高通量蛋白表達注意事項

用微流控技術整合裂解物分配\DNA模板加載及反應監測模塊可在??單張芯片上并行執行千次蛋白表達反應??.無細胞蛋白表達

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。無細胞蛋白表達