郑州大学 | 王长亮,张颖涛,靳遵龙,等:微流控单分散液滴生成与操控研究进展

T形通道结构是最常用的液滴生成结构。如图2(a)所示，在T形接头中，分散相流体（Q_d）所在的微通道与连续相流体（Q_c）所在的微通道垂直相交。随着研究的不断深入，在T形通道的基础之上，还逐渐演变出了Y形结构、V形结构、K形结构以及双T形结构等。Thorsen等在2001年首次提出利用T形通道结构用于液滴的生成，油水两相分别从芯片相应端口引入并流经T形结构交叉处，在T形结构交叉处形成油/水界面，当油/水界面张力不足以维持油相剪切力时，水相断裂形成单分散液滴。从此以后，T形微通道成为最常用的液滴微流控装置之一。付涛涛等总结了T形微通道中液滴生成的3种机制（挤压、剪切、挤压和剪切共同作用），并分析了各机制下液滴生成尺寸的控制参数，为利用T形通道结构生成液滴提供了思路。

改进T形通道结构是实现液滴稳定制备的一种有效方法，魏攀攀等改进了T形微通道结构（缩口T形微通道和毛细管嵌入阶梯式T形微通道），并通过分析流型、液滴尺寸的变化建立预测模型，提高了液滴的制备速率和液滴尺寸的可控范围。并行放大策略是提高T形通道结构液滴生成通量的有效措施，但可能会导致液滴均匀性、稳定性变差。为了解决这一核心问题，Dong等研究了非对称并行微通道中液液两相流的分布与液滴动力学。这一研究也弥补了对非对称结构研究较少的不足。Li等提出了基于流型的液滴体积预测模型，并建立了均匀性（EV）和稳定性（CV）的量化模型，通过压力差与液滴形态测量研究了对称微通道T形结构中液滴形成的均匀性和稳定性问题，为液滴生成的优化提供了理论依据。T形通道结构因其结构简单、便于制造和操控，被广泛用于对均一性要求不高的领域。经研究发现，其在低毛细数下液滴尺寸的可控性更高，更适用于低流速下的液滴生成。

相较于T形通道结构从单侧挤压离散相流体，流动聚焦结构中连续相从两侧对离散相进行挤压。如图2(b)所示，当连续相流体从离散相两侧的通道中流出时，会对离散相产生夹流“聚焦”的效果，从而形成稳定的单分散微滴。这种结构将液滴限制在通道中心，可以避免液滴与壁面相切，使液滴生成过程更稳定，因而研究应用更为广泛。流动聚焦结构可以分为平面流动聚焦、三维轴对称流动聚焦等。微毛细管流动聚焦可视为三维轴对称流动聚焦的分支。目前在应用领域占主导地位的是低成本、易集成的平面流动聚焦。Anna等最早提出平面流动聚焦结构，该结构中水相通道为中间通道，油相通道为两侧垂直通道，离散相的水溶液通过两侧连续相的油的挤压，在通道下游的小孔内或小孔下游形成液滴，液滴的大小与孔板近似，最小尺寸可达几百纳米，但液滴会聚结在小孔下游。因此，目前的流动聚焦结构多采用十字交叉流动聚焦，并在交叉处增添缩颈设计。为了进一步优化流动聚焦结构，刘赵淼等通过十字形微通道几何模型和流体体积（volume of fluid，VOF）法两相流模型探究了通道深度（d）、缩颈段长度（l）、两相夹角（θ）等几何参数对液滴直径及生成周期的影响，得到θ=90°时连续相水平分量最大、挤压效果最强、液滴最小的结论，为优化流动聚焦结构设计、精准控制液滴尺寸和单分散性提供了依据。现有模型多基于二维结构，为此，王燕令等构建了一种基于三维结构的微液滴生成模型，首次将液滴三维曲面特征纳入体积预测，突破了传统二维简化模型的局限，提升了体积预测精度。

流动聚焦结构在合成功能微球方面有巨大优势，可制得Janus、壳核结构等。但单个结构产量低，采取流体分配通道与液滴制备单元并联的措施可提高流动聚焦结构中液滴的生成通量。与T形通道结构相比，流动聚焦结构生成的液滴更加稳定，液滴尺寸的可控范围也更大，更适用于单细胞封装等高稳定需求的场景，但对芯片结构的要求（如缩颈处的加工）也更高。

同轴流动结构是分散相流体与连续相流体平行流动的几何结构，如图2(c)所示。该结构与流动聚焦结构类似，区别在于同轴流动结构中没有节流结构。同轴流动结构具体可分为准二维平面或三维同轴。Cramer等最早使用钢制毛细管注入分散相的毛细管形成了同轴流动结构，同时发现了滴流原理与喷射原理两种不同的液滴生成机理。Chen等使用VOF法来追踪界面运动，模拟了滴落、宽喷射和窄喷射三种情况，并发现毛细管数和韦伯数不仅决定了液滴尺寸与生成频率，还对流型有决定性影响。现有研究多关注操作参数对液滴生成的影响，而忽视了对内管结构的系统研究。对此，宋仕容等通过设计主通道尺寸固定、内管内用不同形状尺寸玻璃毛细管的对照组，探究了内管结构连续相毛细数、分散相韦伯数对两相流型、液滴尺寸及生成频率的影响，为同轴流动结构的液滴生成过程提供了指导。相较于上述两种结构，同轴流动结构更适用于大流量场景，但其设备复杂度、流速敏感性与低多通道扩展性限制了其进一步的应用。

以上3种被动的液滴生成方法都能实现液滴的连续、高通量生成以及通过几何参数优化实现单分散液滴生成，因此在生物医学、药物筛选以及材料等领域有着广泛应用。

微阀驱动法通过微阀的开启和关闭来控制微流控芯片中流体的流动，实现流体的精确操控。微阀根据开关方式可分为主动阀（电磁、压电、气动驱动等）和被动阀（毛细管阀等）。当微阀关闭时，分散相流体在微阀上游积累压力形成液柱，当微阀打开时，积累的分散相流体在压力差和表面张力的共同作用下被挤入连续相流体中，逐渐收缩形成液滴。通过控制微阀的开启时间、频率和压力等参数，可以精确控制液滴的大小、生成频率和形状等。相较于其他驱动方式，气动微阀因操作要求不高而被广泛应用于微流控系统中。Zeng等最早将一个微阀与Ｔ形通道进行集成，通过外部施加压力实现微通道的开启和关闭。每个微阀都可独立控制，精确操纵液滴。此外，通过增加多数量的水相入口并加以时序控制，可生成液滴阵列。Zhou等提出了由玻璃基底、液滴生成层和气动微阀层（聚二甲基硅氧烷膜）组成的一种集成气动微阀的微流控芯片，将液滴生成、孵育和分选功能整合于同一芯片上，具体结构如图3(c)所示。该芯片采用流动聚焦结构生成单分散液滴，液滴生成频率达100Hz且尺寸均一。但使用微阀生成液滴往往受泵精度和环境因素影响较大，刘林波等系统总结了微阀的分类、设计及研究进展，介绍了利用新结构、新材料的微阀微流控芯片，节省了微阀成本并提高了功率，同时指出了微阀在集成化与动态响应方面的技术瓶颈，为微阀的进一步改进提供了理论支撑。

总的来说，主动法依靠外部能量输入（如电场、温度场、微阀等多物理场耦合）实现液滴参数调控。其优点是精确灵活，可以实现液滴尺寸、生成频率的精确调控，适配复杂需求；缺点是系统更复杂，成本更高。被动法基于微通道自身结构与流体自身特性实现液滴参数调控。其优势是结构简单、成本低、稳定性好；不足是对液滴控制精度欠佳，较难满足高精度应用。在现阶段的应用中，被动法在基础研究和对液滴精度要求不特别高的领域应用更为广泛。未来，主动生成法的突破核心在于多物理场耦合扩展液滴尺寸控制范围与制造技术（如3D打印）革新。

虽然利用微流控技术生成的液滴具有液滴尺寸均匀、有效避免交叉污染以及高通量处理等优点，但是目前仍存在一些挑战限制了其进一步的应用。首先就是微流控操作的鲁棒性，微流控装置的制造和对液滴的操控严重依赖专业研究人员的经验，需要研究人员在整个实验过程中进行监测和调整，获得可靠重复的数据，但是液滴对环境条件的变化很敏感，难以构建跨日期、跨平台的稳定流程。其次就是微流控技术允许高通量处理数以百万计的反应，这就对产生的大型数据的准确性处理提出了挑战。

利用微流控技术生成液滴的大量数据可以用于训练AI模型，构建的模型也可反馈微流控系统，从而实现高通量分析处理，两者的良性结合推动了智能微流控系统的发展。通过图像识别监控微流体行为可以实现对高通量实验的有效控制。Shen等开发了一个结合卷积神经网络（CNN）识别液-液两相流动模式的平台，如图4(a)所示，该系统由自动泵输送系统、在线高速摄像监控系统和基于卷积神经网络的模式识别系统组成，可实现流动模式自动分类，在保证准确率99%的同时可以在5h内完成传统人工需数日的实验，数据规模达4000组。Zhang等结合实例分割模型（Mask R-CNN）和迁移深度学习技术提出了一种微流体图像分析方法，显著降低了对液滴和气泡标注数据的需求。如图4(b)所示，整个过程包括三个部分: Mask R-CNN微调、霍夫线性区域识别、形状拟合和尺寸分布统计。该方法还能精确测量破裂前后的液滴和气泡尺寸分布，并分析其破裂规律。此外，人工智能也可实现对实验过程的监测与控制，提升系统的自主性与鲁棒性。Guo等开发了一种集成语义分割模型的人工智能辅助数字微流控系统（μDropAI），如图4(c)所示，该系统主要由用于液滴驱动和视频捕获的硬件系统、语义分割模型、提取液滴位置和形态信息的区域生长算法以及用于用户编程的自动控制过程组成。该系统不仅能实现液滴的定位与形状识别，还能对液滴状态变化进行自动控制，显著提升了系统的自主性，展示了较高的自动化水平。Shin等提出了一种基于CNN的自动化双乳液液滴库生成系统（ADLib），如图4(d)所示，该系统主要包括：计算机上的图形用户界面、3个注射泵、用于外相的压力控制器和贮存器、高速照相机、包含微滴发生器和微流体混合器芯片的微流体装置。该系统每隔171ms通过拍摄监控液滴生成，实时调整参数以应对泵波动、杂质等干扰，确保液滴尺寸和形态的均一性（变异系数CV<2.3%），同时也支持自定义25种单分散液滴的生成。

但上述半经验关联式和机器学习模型常忽略输入所有相关特征并缺乏对物理机制的解释，为解决这一问题，Liu等收集了1800多个实验数据点，覆盖不同流型和几何参数，构建了涵盖39种微通道设计和31种双相流体体系的实验数据库，并开发了基于树结构的鲁棒机器学习模型（RF、GBDT、XGBoost和Stacking）。该模型通过贝叶斯优化调整参数、SHAP方法量化微通道几何特征贡献，解释了机器学习方法，实现了液滴尺寸的高精度预测。其中XGBoost模型实现了最佳的预测性能，最高测试决定系数（R²）为0.988，最低测试均方根误差（RMSE）为0.027。这种“机器学习预测+机理解释”的研究范式不仅提升了液滴尺寸预测精度，还为微流控液滴生成机制提供了新的理解。

尽管AI模型可预测液滴尺寸（误差<5%），但其泛化能力受训练数据集的物理边界限制，在超低界面张力或超高黏度比条件下预测会失效，须进一步对AI模型进行开发研究。清华大学骆广生团队总结了AI在微流控领域的应用，并展望了AI在微流控领域进一步发展的方向，主要集中在数据库构建、模型算法选择和模型优化上。

液滴融合是将两个或多个液滴合并为一个更大的液滴的过程，通常包括以下几个关键步骤：①动态对准与预定位，通过微通道结构约束或主动外场作用，实现液滴间距调控，根据Rayleigh-Plateau不稳定性临界值，确保间距稳定在1.2~3倍液滴直径；②碰撞动力学控制，采用流体动力聚焦或电润湿驱动引导液滴相向运动，碰撞速度控制在0.1~0.5mm/s（对应韦伯数We<10以维持界面稳定）；③液膜排液，在液滴碰撞后，液滴之间的连续相（通常是油相）液膜会被排出，这一过程是液滴融合的关键步骤，通过添加表面活性剂可加快排液速率；④薄膜破裂及融合，当液膜排出后，液滴界面的薄膜破裂，液滴内的液体开始混合，最终实现融合。

液滴融合根据是否有外场作用，可分为被动法和主动法。被动法通过设计微通道的几何结构或改变通道表面湿润性等方式固定上游液滴，使下游液滴追上并在特定结构处发生融合。主动法利用外场作用（耦合电场、磁场、温度场等）诱导液滴界面失稳，进行融合精确调控。通过改变微通道结构形成流动阻碍结构是最常见的液滴被动融合方法。Tan等设计了矩形扩张结构、锥形扩张结构和流动整流结构用于液滴融合的实验研究，如图6(a)所示，这些结构都可形成流动阻碍固定上游液滴，使下游液滴追上并发生融合。添加渐扩结构也是形成流动阻碍的一种方法[图6(a)]，Bremond等发现液滴融合并非发生在碰撞阶段，而是在随后的分离阶段，并通过设计通道渐宽结构促使液滴碰撞融合。由于微通道尺寸过小与液滴运动规律难控制等问题，通常需要外场作用诱导液滴融合。目前最为常用的主动融合是外加电场使液滴界面变形，从而破坏其表面张力，促进液滴融合，但这往往需要相对较高的电压。Gu等在微通道内集成交叉电极，通过局部电场实现液滴对的精准融合，融合效率可达98%。如图6(b)所示，在电场关闭时，表面活性剂稳定，不发生融合，当电场打开时，液滴表面不稳定导致液滴融合。

主动融合技术依赖外部设备，被动方法灵活性不足，通过添加表面活性剂以降低表面张力是促进液滴融合的一种方法。Tullis等通过表面活性剂浓度调控实现了锚定液滴的高效、选择性融合，所有液滴对在油相切换后8~35s内完成融合，融合顺序与油相流动方向一致，如图6(c)所示，在22s内即可完成液滴融合。近年来研究发现，液滴融合还可通过光束来实现，激光诱导的热梯度实现了光作用下的液滴融合，克服了被动融合与电场融合的弊端。Chen等开发了近红外（NIR）光触发的内核融合技术，引入普鲁士蓝（PB）纳米颗粒作为光热转换材料，内核融合成功率超98%。如图6(d)所示，该技术将两种不同的核心液滴封装并通过近红外辐射触发核心聚结，成功融合了液滴。Li等整合了光热薄膜、热释电晶体和超疏液涂层，利用近红外光实现液滴的移动、分裂、融合和分配。如图6(e)所示，该光热电平台由超疏液表面（二氧化硅纳米球网络）、热电晶体（铌酸锂）和光热薄膜（掺杂石墨烯的聚合物）组成，其中液滴由近红外（NIR）光控制。当光照射时，由石墨烯纳米片组成的光热膜由于光热效应产生热量。通过热传递，热电晶体内的温度升高，促进表面自由电荷产生，通过介电泳力驱动液滴运动，实现液滴的移动、分裂、融合和分配。

为了进一步减小微流控芯片生成的液滴尺寸，往往需对已有液滴进行分裂。液滴分裂是将较大液滴分割成多个较小液滴的过程，是获得单分散小尺寸液滴的重要方法。常用的液滴分裂方法有两种：①利用微通道结构的被动分裂，通过设计特定的微通道结构（如T形、Y形通道等），可以诱导液滴在特定位置发生分裂；②外场驱动的主动分裂，如通过施加电压诱导液滴极化可降低表面张力阈值，从而触发快速分裂。目前，对T/Y形微通道内液滴的对称/不对称分裂的数值模拟、实验分析已经取得了丰硕的成果。王维萌等通过可视化实验研究了T形微通道内液滴的对称被动分裂，其分裂过程如图7(a)所示，并捕捉到了隧道破裂、不连续阻塞破裂、永久阻塞破裂和未破裂4种流型，同时给出了量纲为1长度与毛细数的关系式。Fu等结合高速摄像与微尺度粒子图像测速技术（micro-particle image velocimetry，micro-PIV），定量分析流场与界面动态，首次系统研究了气泡在T形分岔中的破裂行为，通过研究发现了气泡的4种流动模式和对称破裂的3种类型及其控制机制。结果表明，气泡和液滴在T形分岔中的分裂行为相似，但气泡的破裂机制受液相黏性和表面张力影响显著。Wang等实验研究了Y形微通道内液滴的非对称被动分裂，其分裂过程如图7(b)所示，并捕捉到了不分裂、隧道分裂和阻塞分裂三种流型，同时分析了液滴速度与母液滴长度对分裂过程的影响。

但被动分裂的液滴尺寸往往受到微通道结构的限制，难以精确获取所需尺寸的液滴，因此可通过外场控制液滴分裂的比例，获取不同尺寸的液滴。王军锋等利用电场完成了液滴的精确分裂过程。该实验装置如图7(c)所示，采用静电显微高速摄像实验系统拍摄直流电场作用下油中醇滴库仑分裂特性的微观图像，从而揭示电场作用下不同生长阶段的液滴库仑分裂形成机理。结果表明，电场强度和液滴尺寸是决定分裂模式的重要因素，随着电场强度的增大及液滴尺寸的减小，液滴变形及顶部破碎的程度更加剧烈。除了电场外，外加磁场、热场等也可实现液滴快速可控分裂。Li等设计了一个磁控系统来实现液滴操控。如图7(d)所示，该系统在液滴中加入两个钢珠，通过磁场控制钢珠移动，利用两者的作用力实现液滴移动、分裂与合并。该系统对流体性质和流动条件的敏感性较低，适应性强，适用于复杂的流体环境，在管道等受限空间内也能完成操控。

液滴筛分是为了按照需求分离出所需尺寸或包裹所需颗粒、细胞的液滴，从而实现液滴微流控的进一步分析与应用。当前，利用微通道实现液滴筛分的方法主要可分为两种：主动筛分法与被动筛分法。主动筛分法是指利用外场对不同尺寸或组分的液滴进行路径控制，利用不同的液滴在流动过程中受到外场作用力的差异形成不同轨迹的机制，从而实现液滴的筛分。被动筛分法是指利用液滴自身的特性或微通道结构进行筛分，有着成本低、结构简单等优点，但筛分精度和液滴处理通量往往较低。

外加电场的主动筛分利用液滴中存在的电学特性对液滴进行检测与操控，因具有高筛分通量、高筛分效率的特点而应用最为广泛，但同时复杂度与成本也最高。当外加电场作为操控液滴的驱动力时，需要液滴中存在一定量的自由电荷或者两相导电率不同。为了简化外加电场的筛分系统结构，Yao等开发了一种集成液滴生成、静电充电和分选功能的微流控芯片。如图8(a)所示，该芯片在液滴生成时就利用静电感应机制充电，充完电的液滴在三维偏转电场作用下实现液滴高效分选，精度可达99.38%，高通量分选能力达到11.757kHz。此外，基于声场与磁场等控制的筛分技术也有广泛应用。利用声场控制的主动筛分通过在液滴上诱发声学响应实现液滴筛分，因具有良好生物兼容性被广泛用于细胞筛分；利用磁场控制的主动筛分因对样本无直接接触且污染小的优点被应用于带有Fe₃O₄纳米颗粒的液滴筛分。

相较于主动筛分法，被动筛分法不仅不需要外场能量驱动，节省能源，还能有优异的筛分效果，同时微通道筛分能通过并行放大策略进行高通量筛分。利用液滴自身物性和流体动力学机理进行液滴筛分的方法称为动力学筛分法，可分为惯性聚焦、迁移筛分、黏弹性聚焦等。Li等通过惯性聚焦实现了水凝胶液滴的被动、高通量尺寸筛分，如图8(b)所示。该方法分选速度达1500个液滴/s，也可成功应用于含微藻液滴的高纯度分离。基于微通道结构的筛分主要有确定性横向位移（DLD）、挤压流分离（PFF）、沟槽类微通道和不对称分岔口等。Hochstetter等介绍了标准的DLD阵列，通过周期性排列的微柱阵列来实现粒子按尺寸分离。如图8(c)所示（图中G是间隙尺寸，λ是柱阵列间距，D是柱直径，Δλ是行偏移），小于临界直径尺寸的液滴不会与柱子发生碰撞，流动呈现“之”字形，而大于临界尺寸的液滴会发生碰撞，二者逐渐分离。另外，耦合多个DLD装置可实现液滴的进一步精确筛分。但处理通量低、微通道强度低、液滴易变形等问题限制了被动筛分法的应用范围。

综上所述，主动与被动两种筛分方法都存在一定的优缺点，两者如果可以实现优势互补，就能在对液滴影响最小的情况下实现更精确和更高通量的筛分。

目前，微液滴操控在众多领域均发挥着关键作用：液滴的可控融合是微液滴生物化学反应（如微纳颗粒材料合成）的关键，同时也对液滴内实现多步反应非常重要；液滴分裂作为获得不同尺寸微液滴的优质方法，在生物医学以及食品工程领域都有重要应用；液滴筛分可按需获取特定的液滴，应用于细胞分拣或药物缓释等领域。未来，通过优化微通道的制造工艺、引入智能化控制系统以及结合新兴技术如AI，其应用边界会不断向外扩展，同时从“被动控制”进一步转向“主动智能”。

液滴微流控技术凭借其对流体动力学的高精度操控能力及高通量处理优势，已广泛应用于生命科学、医药分析、食品加工、环境监测以及化学化工等多个领域，并已成为多学科交叉研究的重要支撑工具。

在生物医学领域，液滴微流控技术因其能够构建独立、可控的液滴反应单元，并融合多物理场协同调控机制，为实现复杂生物系统高通量操控与精准分析提供了技术支持。这种高度集成化的小型系统不仅显著降低了试剂用量，减少了操作误差，同时具备良好的便携性和现场即时检测能力，正在推动现代生物医学和医疗技术的持续革新。针对该领域，Liu等综述了单细胞液滴微流控技术的显著优势，及其在小分子检测、蛋白质分析、药物筛选和遗传分析等生物医学领域的研究进展。Jiang等则就液滴微流体技术在癌症中的应用进行了综述。

在食品加工领域，液滴微流控技术被广泛用于制备具有高度均一性的结构单元，如纳米乳液、固态脂质纳米颗粒、双亲分子自组装体以及多层级微胶囊等。这些微液滴/颗粒可用于改善食品的口感和质地，还能实现活性或功能性成分的有效封装和控释等。Wang等系统综述了微流控技术在益生菌封装方面的研究现状，指出其在提升益生菌的存活率、克服传统封装技术局限性方面展现出广阔应用前景。谢嘉俊等则综述了微流控技术在食品安全检测、智能封装以及封包递送等方面的最新进展。

在环境监测方面，微流控技术凭借对微量流体的精确操控能力，可实现对环境污染物（如重金属、有机污染物、气体等）的快速、高效、灵敏、低成本的便携式分析检测与处理。在水质污染检测方面，Feng等对微流控技术在抗生素耐药基因（ARGs）识别中的最新进展进行了总结，分析了便携式微流控芯片在检测废水中ARGs的潜力与应用前景。Aryal等则更全面系统地综述了近五年来微流控技术在环境监测领域的最新进展，为微流控技术在环境监测中的未来发展提供了深刻见解。

在化学化工领域，以微流控技术为基础的微反应器凭借其微小尺寸和高表面体积比，较传统釜式反应器具有快速混合、能耗低、传热传质高效及安全性好等显著优势，在对传热传质要求较高的化学反应中展现出广阔的应用前景，尤其在强放热反应等领域。张仕凯等综述了微反应器在精细化工领域的研究进展，着重列举了微反应器在强放热反应（硝化反应等）中的应用成果。伊绘霖则详细地综述了近十年内有机过氧化物在微反应器内合成的研究进展，展示了微反应器在提高过氧化工艺可控性、安全性和反应效率方面的重要作用。

本文系统阐述了液滴微流控技术的核心内容，包括微液滴的主动生成法与被动生成法，以及微液滴的融合、分裂和筛分等操控，同时介绍了液滴微流控技术的应用，揭示了该技术从实验研究逐步迈向产业化的发展历程。

液滴精确生成和操控的实现是液滴微流控技术在多领域成功应用的关键。在微液滴生成方面，被动法通过不同微通道结构实现高通量分散液滴的制备，主动法则借助电场、温度场、微阀等外场实现多物理场耦合调控，进一步对液滴尺寸与生成频率进行精确控制，AI辅助等新型液滴生成方法则使液滴生成逐步迈向智能化；在微液滴操控方面，通过耦合光场、电场、磁场等物理场与设计，无需外场输入的微通道结构等，使液滴分裂精度更高，融合成功率超98%，高通量筛分能力达到11.8kHz；在应用层面，液滴微流控技术已在生物医学、食品加工、环境检测以及化学化工等领域发挥重要作用。然而，液滴微流控技术发展仍面临以下关键挑战：现有微通道材料在极端化学环境下的稳定性不足，复杂3D结构加工困难；高频率下液滴生成的稳定性差，多物理场耦合的调控复杂；外场调控模块的微型化与其能耗不匹配；实验室芯片向工业化转化难以实现低成本批量生产。

展望未来，液滴微流控技术将朝着交叉领域发展并聚焦于以下方向：多物理场集成的稳定芯片制造、融合智能化新技术实现精准调控以及标准化生产体系助力向工业化转变。随着微流控技术的不断革新，其在生物医学、食品加工、环境检测以及化学化工领域的应用将进一步拓宽，也将在其他领域发挥更大作用。