在過去的三十年里，微流控平臺的出現改變了傳統化學、化工、生物學和材料學的研究范式，已被廣泛用于生物化學反應、快速混合和微粒合成等。液滴是通過微通道中兩個相互不混溶的相的擠出和剪切形成，利用微流體在微通道環境中的快速產生和控制形成穩定均一的微液滴。產生的微液滴不僅具有大的比表面積和可控的限域環境，還可與其他分析檢測裝置聯用，對反應中的各種動力學參數條件進行高通量篩選和優化，可顯著提高催化效率。

從傳統間歇反應器向微液滴的轉變，可以改善催化過程，如在微液滴中進行反應試劑的快速混合，并精確控制其他參數，包括濃度、溫度和時間，極大減少副反應發生，確保反應的重現性。而且，催化循環可以在相對安全的微流體液滴中進行，減少爆炸性或危險的中間體的影響，提高反應的安全性。此外，在微液滴中，反應物和催化劑使用量較少，可通過少量的試劑和催化劑高通量篩選各種反應條件，降低成本。

與傳統金屬與小分子催化不同，酶催化具有專一性的特點。酶催化依賴與底物特定位點的結合，選擇性極高。在溶液的開放式環境中，特定攪拌和反應時間下的酶催化反應呈現級聯式放大，如PCR反應等。然而，生物體中的酶催化往往局限在細胞、細菌或病毒的內環境中，與開放式的溶液環境有著明顯的不同。盡管酶催化劑在化學合成領域中受到了極大的關注，但與其他催化反應相比，發展較為緩慢。微液滴與細胞結構類似，可通過成分的改變模擬真實的細胞環境，因此微液滴是研究生物酶催化反應的理想選擇之一。

該文章系統綜述了微流控液滴中催化反應的最新進展，討論了微液滴在催化中的作用，包括小分子金屬催化中的均相和非均相催化，大分子生物酶在油包水和水包油環境的中的催化。最后，該文章討論了微液滴中催化存在的問題和未來發展方向，旨在推動微液滴介質中小分子和大分子催化中反應的發展，為催化劑的高通量篩選以及生物酶的定向進化提供指導。

圖1 微流控液滴中金屬基和酶催化的基本原理

以上研究以“Homogeneous, heterogeneous, and enzyme catalysis in microfluidics droplets”為題發表在Smart Molecules期刊上，論文第一作者為華東師范大學化學與分子工程學院碩士生梅放和博士后林鴻宇，通訊作者為華東師范大學胡連瑞研究員、豆偉濤副研究員和徐林教授。




審核編輯：劉清