微流控，早期的研究重點(diǎn)主要集中在對(duì)微通道內(nèi)連接流系統(tǒng)的操控，包括進(jìn)樣、混合、反應(yīng)、分離和檢測(cè)等。然而由于傳統(tǒng)連續(xù)流系統(tǒng)存在一定局限性，如樣品消耗量較大，微泵和微閥的結(jié)合與制造工藝復(fù)雜，易造成交叉污染以及在低雷諾系數(shù)下液流間難以快速混合等。因此，近年來對(duì)離散化微液滴的操控日益成為國(guó)際上研究的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)連續(xù)流系統(tǒng)相比，離散化微液滴系統(tǒng)有一系列潛在優(yōu)勢(shì)，如消耗樣品和試劑量更少，混合速度更快，不易造成交叉污染，易于操控等。

液滴微流控是微流控平臺(tái)的一個(gè)重要分支。它與連續(xù)流有所不同，是利用混溶來形成分散的小體積流體，即液滴。在液滴微流控中能夠在不增加儀器復(fù)雜的基礎(chǔ)上進(jìn)行大量的反應(yīng)，而且反應(yīng)速度快、試劑消耗小，因此作為微反應(yīng)器受到廣大研究人員的青瞇。而且已有研究表明，能夠在液滴微?？叵到y(tǒng)執(zhí)行簡(jiǎn)單的布爾邏輯功能，為實(shí)現(xiàn)微流控計(jì)算機(jī)芯片邁出了重要的一步。

液滴發(fā)生的本質(zhì)是乳化現(xiàn)象，產(chǎn)生于不相容的物質(zhì)之間，有單層乳化和多層乳化。根據(jù)液滴發(fā)生過程中兩種不相容物質(zhì)所處的角色不同而分別稱之為連續(xù)相和不連續(xù)相（分散相），分散相就是被分散成液滴的物質(zhì)。

液滴發(fā)生的本質(zhì)是乳化現(xiàn)象，產(chǎn)生于不相容的物質(zhì)之間，有單層乳化和多層乳化。根據(jù)液滴發(fā)生過程中兩種不相容物質(zhì)所處的角色不同而分別稱之為連續(xù)相和不連續(xù)相（分散相），分散相就是被分散成液滴的物質(zhì)，連續(xù)相是充當(dāng)液滴載體的物質(zhì)。就單層乳化而言，一般根據(jù)分散相屬于水相或油相的不同，可以分為O/W、W/O型液滴。

微液滴微流控芯片應(yīng)用有以下幾個(gè)方面

一、乳化

乳化產(chǎn)品如化妝品、牛奶等已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡谋貍淦?，而傳統(tǒng)的通過攪拌、加熱或添加特殊表面活性劑等工藝得到的常常是多分散性乳液。因此，如何有效獲取單分散性好的乳液是膠體科學(xué)所需要解決的一個(gè)重要問題。

Utada等報(bào)道了一種在微毛細(xì)管內(nèi)一步生成且易于操控的雙乳化裝置。這個(gè)裝置主要由橫截面為正方形的長(zhǎng)方體玻璃管內(nèi)嵌套一個(gè)圓柱形玻璃毛細(xì)管組成，且兩個(gè)管道的軸心完全重合，微液滴就在軸心處生成。

利用多相流法獲得微液滴，方法操作簡(jiǎn)單靈活，只需通過改變流體流量比便可生成大量穩(wěn)定且單分散性好的微液滴。因此，它將很有可能發(fā)展成為一個(gè)良好的研究乳化平臺(tái)。

二、混合

      由流體動(dòng)力學(xué)可知，在微米級(jí)尺度通道內(nèi)，流體因雷諾系數(shù)太?。?/span>0.01~100）而呈層流狀態(tài)，物質(zhì)則通過兩相接觸處的分子自由擴(kuò)散進(jìn)行緩慢交換。這給需要通過多相流體之間快速混合來實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)和檢測(cè)帶來了困難。相比之下，精確可控的微液滴因不受此條件限制，從而可以進(jìn)行快速且高效的混合。

Cheng等利用多相流法生成微液滴，研究了運(yùn)動(dòng)的微液滴內(nèi)部的速度分布以及兩個(gè)微液滴碰撞后組成的濃度分布。用micro-PIV技術(shù)測(cè)量結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)的微液滴內(nèi)存在微循環(huán)流，并且微液滴外側(cè)流速大于中間流速。用熒光物質(zhì)標(biāo)記微液滴，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)微液滴碰撞后達(dá)到完全混合只需要0.17s而且這個(gè)時(shí)間還可以在提高液滴流速的情況下進(jìn)一步減少?？梢姡⒁旱蔚呐鲎彩且环N高效的混合方式。

三、包埋

      利用多相流法生成微液滴，因?yàn)槲⒁旱伪换ゲ幌嗳艿亩栊赃B續(xù)相包埋，所以可以用它作為媒介來包埋和運(yùn)輸物質(zhì)，特別是某些生物活性組分如細(xì)胞、蛋白質(zhì)、多肽、DNA和RNA等。由于包埋在微液滴內(nèi)的組分明顯降低了被污染的可能性。因此，相應(yīng)地增加了檢測(cè)靈敏度。Loscertales等報(bào)道了一種外加高壓下同軸內(nèi)外液在出口處噴射形成泰勒錐的包埋技術(shù)。這種包埋技術(shù)還可以通過對(duì)流速的控制來改變膠囊內(nèi)物質(zhì)的量和膠囊殼的厚度。He等利用光誘捕技術(shù)將單細(xì)胞及及亞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)線粒體包埋到皮升和飛升的微水滴中，并對(duì)包埋在微液滴內(nèi)的細(xì)胞進(jìn)行了激光誘導(dǎo)分解和酶化驗(yàn)，從而揭開了利用微液滴對(duì)目標(biāo)細(xì)胞或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行可行性研究的序幕。

    四、萃取

萃取是物質(zhì)分析檢測(cè)過程中經(jīng)常用到的一種方法。通過萃取可將待分析組分富集或純化，從而提高分析靈敏度。方群等對(duì)微流控芯片微液滴停留萃取作了深入的研究。后來他們又進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采取順序進(jìn)樣，經(jīng)萃取后，成功地在微液滴內(nèi)對(duì)過氧草酸酯反應(yīng)體系進(jìn)行了化學(xué)發(fā)光檢測(cè)。

    五、微反應(yīng)器

    微反應(yīng)器因其形態(tài)穩(wěn)定、便于操控以及不易污染等特點(diǎn)，使它成為微反應(yīng)器的理想選擇。Zheng等利用多相流法在由玻璃和PDMS組成的芯片微通道內(nèi)生成納升級(jí)水相微液滴，并以生成的微液滴作為微反應(yīng)器，利用X衍射作為檢測(cè)手段，成功地對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)晶條件進(jìn)行評(píng)估和篩分。隨后他們又報(bào)道了一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)，利用微液滴進(jìn)行組分高效篩選的方法。此外，Gerdts等也利用微液滴作為微反應(yīng)器對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中的成核現(xiàn)象和增長(zhǎng)進(jìn)程進(jìn)行了研究，該研究的成功為常規(guī)條件下難以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶的蛋白質(zhì)提供了一個(gè)新的研究平臺(tái)。

    后來，TakasiNisisako等利用水相鞘流對(duì)有機(jī)相進(jìn)行夾擊和剪切，在Y型通道上生成有機(jī)相微液滴，并在其內(nèi)部合成形狀可控的微米級(jí)聚合物顆粒。這表明，微液滴技術(shù)為我們提供了一個(gè)生成納米顆粒新的途徑。

    六、生物鑒定

    作為一種正在迅速崛起的新技術(shù)，在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用是微流控和納流控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)非常重要方向。在這方面,微液滴將微流控技術(shù)微型化的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步完美體現(xiàn)。

Srinivasan等利用電潤(rùn)濕法分別生成含有人體血清、血漿、尿液、汗液和唾液的微液滴,對(duì)其中葡萄糖的含量進(jìn)行分析,并將分析結(jié)果與參考值進(jìn)行比較,除尿液中葡萄糖濃度因尿素干擾與參考值有較大偏差外,其余結(jié)果都與參考值相當(dāng)。這也肯定了電潤(rùn)濕法對(duì)單個(gè)微液滴進(jìn)行精準(zhǔn)操控在生物鑒定中的應(yīng)用價(jià)值。Linder等報(bào)道了一種利用氣動(dòng)法原理生成應(yīng)用于生物分析的微液滴系統(tǒng)。

后來，Luo等報(bào)道了一種利用多相流法產(chǎn)生微液滴并用電化學(xué)檢測(cè)的有效方法。通常,因熒光素?zé)o法進(jìn)入到活酵母細(xì)胞,而不能對(duì)其進(jìn)行熒光檢測(cè)。但利用微流控芯片上集成的微電極對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行適當(dāng)電擊后發(fā)現(xiàn),熒光素不僅能進(jìn)入到酵母細(xì)胞中,而且能保持酵母細(xì)胞完好無損,從而可以方便地對(duì)其進(jìn)行熒光檢測(cè)。

   近年來關(guān)于微流控離散化微液滴操控系統(tǒng)研究已經(jīng)取得了一定成果,特別是對(duì)通道內(nèi)微液滴產(chǎn)生機(jī)理、穩(wěn)定性、傳輸、混合和分離的研究。但這一領(lǐng)域的研究在很多方面仍然需要不斷改進(jìn)和提高。