液滴微流控与分离技术的联用综述：从仪器概念到有限样品量的分析应用

在这项研究中，我们回顾了将微流体液滴中的样品处理与不同分离技术（包括液相色谱、质谱和毛细管电泳）相结合的各种策略。与液滴微流控接口的分离技术代表了分析化学的新兴趋势，其中微到飞升液滴充当微反应器，分析模块之间的桥梁，以及样品处理和分离/检测步骤之间的目标分析物载体。这样可以克服分离科学中遇到的障碍，特别是模块集成度低、工作体积不相容以及不同操作阶段之间的交叉污染。出于这种液滴分离接口的目的，本文综述了截至 2023 年5月关于该主题的所有著作的不同仪器设计，以及我们对各自优势和考虑因素的看法。还讨论了液滴界面分离策略在有限样品量下的演示和性能。

液滴微流控是微流控的一个特定分支，专注于多相微流控流动。在液滴微流控中，流体在微通道内以不混溶的流动（例如，油流中的水滴）被分离成离散的体积。它涉及微量（μL）至飞升（fL）的产生、操作、反应、分析和筛选，这些离散功能单元可以是液滴、颗粒或气泡。在过去十年中，液滴微流控已成为生物测定、生物分析和高通量筛选研究的有力工具。它的使用确实可以带来以下优点：减少样品和试剂的消耗，无交叉污染（因为每个步骤/反应都是在孤立的液滴中进行的，不与其他液滴接触），在运输过程中不会由于样品塞扩散或分散到相邻区域而稀释样品，样品在通道表面的吸收有限（由于周围的油）， 由于快速热交换以及液滴内部的混合和传质增强，实现了高通量操作。液滴微流控在药物筛选、细胞分选、数字聚合酶链反应（PCR）、细胞和生化分析等方面的不同应用可以在不同的工作和评论中找到。

在微尺度液体分离科学中，成熟的技术包括液相色谱（LC）和毛细管电泳（CE）。质谱（MS）也可以被认为是一种基于质荷比的特殊分离技术。无论使用何种分离技术，在处理复杂的样品基质（例如生物体液）时，通常都需要进行样品预处理，以提高分离效率和检测灵敏度。到目前为止，由于这些步骤之间的工作体积不兼容，因此在集成和自动化系统中，前沿样品处理/处理和下游分离步骤的无缝耦合仍然是一个巨大的挑战。此外，如果水溶液（即不同步骤中的样品、废物和试剂）没有完全解离，则很难防止目标分析物在集成系统中从一个步骤到另一个步骤的运输过程中的交叉污染和样品扩散。当使用传统的管内样品预处理方案时，小瓶中所含预处理样品的最终体积通常为50μL，最高可达mL范围。它们远大于进样到分离或检测步骤所需的体积（例如，用于进样到CE系统的nL - 亚μL范围和>样品瓶中的样品体积为10μL）。因此，如果方案中未包含另一个浓缩步骤（冻干、过滤、捕获柱等），则大部分预浓缩和纯化的样品体积将被浪费。为了避免在从样品处理到分离步骤时浪费预处理的样品，报告了将分离通道用作在线和在线样品处理的微反应器的努力。如果样品基质中的干扰物吸附到通道壁或固定相上，则可能会带来一些分离性能不理想和/或通道堵塞的问题。为了克服这些挑战，在将微流控液滴与分离技术接口的新兴趋势中，微米/纳米液滴被用作目标分析物在下游分离之前或分离后区室化的载体。在这种情况下，多步骤样品处理过程在分离通道外的微流控液滴中进行。这反过来又提供了操作灵活性，因为分离步骤与样品预处理步骤完全分离。这种解离还避免了干扰物对分离通道（用于微量色谱和电泳）或电离模块的意外侵入，以便通过MS进行检测。此外，液滴彼此隔离，并与外部接触隔离。因此，消除了样品处理步骤之间和外部环境之间的交叉污染。通过液滴微流控实现这些步骤的小型化，还可以减少试剂和样品的消耗，加速反应，并实现完全自动化/并行化。与传统的样品处理宏系统相比，这些可以带来更高的通量和更低的运营成本。

在这篇综述中，我们全面概述了将基于微流控液滴的样品处理与不同的分离技术（即LC、CE和MS）相结合的不同策略。为此，讨论了不同的仪器设计及其各自的优点和局限性，以及它们是否适用于样品量有限的分析应用。近年来，有50多篇关于该主题的研究文章，这是一个新兴趋势，为复杂基质中的（生物）分子分析提供高度集成的高性能工具。

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