與傳統的反應器工藝相比，微反應器技術具有傳質傳熱效率高，反應時間短，無放大效應，安全可靠，集成度高，生產流程綠色化等諸多優點。微型反應器技術能顯著增強反應過程，是化工領域的一項創新，為化工生產提供了高效、方便的平臺。微量反應技術是21世紀化學工業發展的一個重要方向。闡述了微反應器的主要應用領域和面臨的挑戰。

微反應器的主要應用領域

1  精細化工和醫藥工業

在精細化工和制藥工業中，50%的反應可從主要以微反應器技術為基礎的連續過程中獲益，而微反應器在精細化工和制藥工業中的應用正日益普遍，其驅動因素主要包括工藝發展要求、產品的可靠性、產品的產量、生產安全性以及操作簡便等。

在精細化工領域中，許多反應對溫度的要求非常苛刻，需要在數百度或零下幾十度的條件下進行，這就要求對物料滴入反應溫度進行良好的控制。這種操作很難在常規反應器中進行，而微反應器則依靠微尺度的特性來控制溫度和反應時間，保證了反應的順利進行。

醫藥工業中，新藥研發是一個充滿活力、耗資巨大的過程，篩選出高質量的先導化合物是藥物篩選的關鍵環節，微反應器技術可與基因分析設備相結合，內部無湍流環境和高靈敏度的生物測定系統相結合，這些都為藥物篩選提供了強有力的條件，可以完成高通量的藥物篩選，在醫藥研究開發中應用廣泛。

該技術還可降低先導化合物的篩選成本，提高優化速度，減少實驗次數，降低試劑費用。據報告，使用微反應器生產選擇性氟化藥物產品，并在9個月內完成了從實驗室規模到500kg高質量產品的生產過程，如BRAyE。報道了用PENNEMANN等微反應器合成苯基硼酸，該反應器采用高流動速率的微混合物，其產率可達89%，產品苯基硼酸不受二苯代硼酸的污染，與傳統間歇生產工藝相比，產率提高20%，能耗降低20%。研究表明，MAURYA等研究表明，在連續的微反應器中合成一種非常重要的精細化工和藥物中間體氮乙酸酯，其產率可達99%，而產生的有毒有害廢物幾乎可以忽略。實踐證明，連續流動式微反應器能使精細化工和醫藥工業向更經濟、優質、安全、環保方向發展。

2  生化

在遺傳工程領域，許多重要化合物的生物合成已被展示出來，但考慮到諸如復雜的生理系統等因素，產品的活性及其對反應條件的控制受到限制，也顯示出對大規模工業生產的不適應性。作為一種可選擇的途徑，微反應器技術將消除這些缺陷，并適合于工業化生產。微生物反應器技術已進入生物催化領域，微生物反應器技術與生物催化技術的結合將是一個重要的綠色工程，一些常用的酶微生物反應器已在均相、非均相和多相系統中表現出優異的性能。

當前酶類藥物如ELISA(ELISA)在診斷方面的應用受到了極大的關注。酶聯微反應器已廣泛應用于分析檢測領域，其優點是用量很小，在蛋白質水解方面具有明顯優勢。微反應器具有高比表面積的優點，可將酶固載于固體載體或微通道的內壁上，用于制備固定化酶微反應器，是微反應器技術在生物學領域中的重要應用之一。對乙酰膽堿酯酶固定化微反應器篩選天然提取物的抑制劑進行了研究；IQBAL等報道了在固載酶微反應器中使用毛細管電泳，結果表明該處理方法節省了樣品，降低了成本，縮短了時間。

近年來，在微反應器中把酶固定化在納米材料上的研究已經取得了很高的酶活性。在此基礎上，研究了利用微反應器技術合成縮氨酸的方法。另外，微反應器技術也方便了DNA分析。例如，在生物有機合成中，DNA片段經常被放大成倍以備進一步研究，也就是DNA擴增技術。SCHAERLI等公司利用微反應器實現了聚合酶鏈反應(PCR)，實現了DNA的快速擴增。

微反應器面臨的主要挑戰。

1  阻塞

微型反應器技術起源于20世紀90年代，至今仍屬一種新興技術，盡管其發展迅速，但仍面臨一些挑戰。目前微反應器面臨的主要問題是微通道的阻塞。在反應過程中有固體物質(催化劑、試劑、產物和副產品)參與時，通道中的沉淀、生長或架橋現象會限制微反應器中液體的流動速度，影響液體的混合，增加壓力，最終導致反應失敗。

對于阻塞問題，目前已有多種解決方案。SCHOENITZ等對微反應器中各類污垢的研究現狀進行了綜述，包括結晶、顆粒、化學反應、腐蝕、生物污染、氣泡等，并介紹了相應的減緩或防止污垢形成的方法。微槽道管壁面設計得足夠光滑能有效地減少固體沿壁面沉積，如純氟表面。

使用多液-液流可限制固體粒子與管壁之間的相互作用，但這種方法需要使用額外的溶液，這可能會降低反應效率，或導致這種額外溶液與特定溶劑不相容。也可利用超聲輻射來緩解堵塞，這是因為超聲波的振動可使沉淀物的附著物和沉積物變得不那么粘稠；其他方法包括使用分散相液滴包裹顆粒，以減少顆粒和管壁之間的相互作用，以及使用鞘流技術來產生納米顆粒，以減少堵塞等。盡管對堵塞問題已經采取了許多措施，但仍缺乏一種有效的方法將不溶性物質分離出來，從而限制了微反應器技術的發展。

2  催化負載。

由于微流道尺寸較小，在微流道中加載催化劑的方法也越來越多，因此微流道中加載催化劑的方法也越來越多。對催化劑進行加載的方法主要有兩種：加載到微道內壁或催化劑載體上。但催化劑涂覆于表面時，易發生觸點低、觸點易脫落、難更換、加工成本高等問題，阻礙了微反應器產品化開發進程。

在催化劑載體與配位體的連接過程中，常會引起催化劑活性的下降，而常見的聚合物載體會產生膨脹，使微反應器堵塞，因此催化劑的裝入方式很大程度上決定了產物的選擇性。催化劑用載體以多孔材料為主，目前國內外對多孔材料作為催化劑載體的研究較多，但催化劑的粘附性和高效的裝料方式仍需進一步優化，均質催化劑的固定仍是一大難題。

3  設計和制造微通道

微孔道的制作經歷了幾個階段的發展，目前已經能夠設計出復雜的結構通道，如基于光刻母模板的軟孔道，其制作工藝已經比較成熟，但其制作成本仍然很高，所以開發簡化的制作工藝，降低制作成本是一項艱巨的任務。對高通量微流體系統來說，快速均勻分布非常重要。微通道的幾何構造決定著流體的分布，最終影響著產品的質量，優化微通道的幾何構造是一個復雜的過程，同時也是一個很大的挑戰，因此，發展高精度、低成本的微通道制造技術是一個亟待解決的難題。