非天然氨基酸具有多样性功能基团，如酮基、醛基、烯基、硝基、酰胺基、磷酸根等，可发生光化学、点击化学、糖基化、荧光显色等反应。非天然氨基酸（ncAAs）是一类非蛋白光学性氨基酸，通过化学修饰、基因定点突变和计算机辅助蛋白质设计20种天然氨基酸得到。
非天然氨基酸种类多样，包括L-叔亮氨酸、L-正缬氨酸、D-丝氨酸、D-脯氨酸、D-酪氨酸、D-苯丙氨酸、R-3-氨基丁酸等。根据结构、功能不同，非天然氨基酸可分为荧光标记型、化学反应型、光交联型以及翻译后修饰型四大类。根据氨基位置不同，非天然氨基酸又分为α型氨基酸、β型氨基酸。
非天然氨基酸生产方法分为化学法、生物催化法、微生物合成法等，其中化学法又分为化学拆分法、不对称转化法、手性合成法等。化学法存在手性含量低、合成副反应多、三废排量高等缺点，相比之下，生物催化法在成本、安全性、手性含量等方面具有一定优势。非天然氨基酸的微生物合成尚处于起步阶段，距离产业化较远。
根据新思界产业研究中心发布的《
2023-2027年中国非天然氨基酸（ncAAs）行业市场供需现状及发展趋势预测报告》显示，非天然氨基酸具有灵敏度高、特异性强、功能多样、使用灵活等特点，在药物研发、生物催化、科学研究、环境监测、蛋白质设计等领域应用价值较高。我国非天然氨基酸市场起步较晚，得益于手性药物、多肽药物、拟肽类药物发展，非天然氨基酸应用规模越来越大，预计2023-2028年，我国非天然氨基酸市场规模将不断增长，2028年将突破125亿元。
基因密码子扩展（GCE）技术能实现在活细胞蛋白质位点特异性插入非天然氨基酸，随着相关技术日渐成熟，多种非天然氨基酸得到了不断优化、改进和创新。非天然氨基酸合成是国内外重点研究方向之一，北京理工大学霍毅欣教授团队在合成生物学重点研发专项“基于密码子扩展的原核生物构建和酶定向进化”的资助下，构建了多种非天然氨基酸的生物合成途径。
新思界
行业分析人士表示，非天然氨基酸具有天然氨基酸不存在的结构和功能，应用前景十分广阔。我国是全球非天然氨基酸主要生产国之一，相关生产企业有上海瀚鸿科技股份有限公司、泰州天鸿生化科技有限公司、苏州昊帆生物股份有限公司、四川同晟氨基酸有限公司、浙江华睿生物技术有限公司等。
