傳統(tǒng)的化學(xué)合成通常在燒瓶，燒杯等大體積的容器中進(jìn)行，為了獲得更快的熱傳導(dǎo)、物質(zhì)擴(kuò)散和反應(yīng)過程，進(jìn)一步提高反應(yīng)的選擇性，人們開始關(guān)注在微反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)合成，而這種微量的化學(xué)合成與生物醫(yī)學(xué)的需求正好吻合。例如在核醫(yī)學(xué)影像檢查中，一個(gè)重要的技術(shù)是正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(PET)，該方法中常用的一個(gè)示蹤物質(zhì)2-18氟-2-脫氧葡萄糖([18F]FDG)的常規(guī)合成需要訓(xùn)練有素的工作人員使用放射性藥物合成的特殊設(shè)備，花費(fèi)幾十分鐘的工作時(shí)間。

18-氟的半衰期卻只有110min，反應(yīng)過程不得不花費(fèi)的時(shí)間為該技術(shù)的臨床應(yīng)用帶來了一些局限性，例如需要加大放射性原材料的劑量和使用更大規(guī)模的設(shè)備等等。利用合理設(shè)計(jì)的微閥與微泵，將[18F]FDG合成中的氟化物富集、脫水、標(biāo)記、脫乙腈、水解五步反應(yīng)高度集成在微流控芯片上，使[18F]FDG合成全過程縮短至14min，并將合成產(chǎn)物直接注射入小鼠體內(nèi)，利用PET得到腫瘤分布的清晰圖像。

這一實(shí)驗(yàn)表明，在芯片上實(shí)現(xiàn)化學(xué)合成并非只是簡(jiǎn)單地在小體積反應(yīng)器內(nèi)重現(xiàn)反應(yīng)過程，而是可以帶來更多的優(yōu)勢(shì)。通過方法能夠產(chǎn)生一系列高立體選擇性的產(chǎn)物，且其副產(chǎn)物無害，反應(yīng)本身對(duì)氧氣和水不敏感，具有高效率和高控制性的特點(diǎn)。將這項(xiàng)技術(shù)與集高通量、高度自動(dòng)控制等特點(diǎn)于一身的集成微流控芯片結(jié)合，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的曾憲榮研究組選擇經(jīng)典的bCAII點(diǎn)擊化學(xué)體系，在一塊芯片上驗(yàn)證了同時(shí)進(jìn)行32個(gè)同位點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)的高效性和穩(wěn)定性，并且極大的減少了珍貴樣品如蛋白質(zhì)的消耗。這一成功范例展示了微流控芯片在高通量合成、篩選新型藥物產(chǎn)業(yè)中的潛力，使得原先費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢的規(guī)模化合成實(shí)驗(yàn)以全新的方式來實(shí)現(xiàn)。

利用全氟聚醚(PFPE)材料通過集成微流控芯片實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量核酸合成的結(jié)果。在合成過程中，需要使用到二氯甲烷等對(duì)PDMS材料有強(qiáng)溶脹能力的有機(jī)溶劑，而PFPE材料對(duì)絕大多數(shù)有機(jī)溶劑具有很好的抵抗能力，同時(shí)其力學(xué)行為和PDMS接近，具有很好的彈性，可以利用多層鍵合的方式加工集成微流控芯片，文章以DNA合成為例，演示了集成微流控芯片在多步復(fù)雜有機(jī)合成中的潛在用途。

芯片上DNA分子的合成和傳統(tǒng)方法相比沒有本質(zhì)的區(qū)別，因其具有樣品低消耗的優(yōu)勢(shì)，他們采用(1S)-(+)-(10-camphorsulfonyl)oxaziridine(CSO)作為氧化劑替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中使用的廉價(jià)碘劑，進(jìn)一步提高合成的準(zhǔn)確性。利用化學(xué)方法合成寡聚核酸分子，是現(xiàn)代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要依托手段之一。傳統(tǒng)的方法是采用商品化的核酸合成儀通過設(shè)定不同的核苷按照一定次序逐步加成來實(shí)現(xiàn)的。這一方法發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟了，采取固相有機(jī)合成技術(shù)，每一個(gè)核苷的加成一共經(jīng)歷了去保護(hù)、加成、氧化、封閉等4個(gè)化學(xué)反應(yīng)步驟，4個(gè)步驟完成一次的總產(chǎn)率一般都可以保持在99%以上。

在集成微流控芯片內(nèi)合成的寡聚DNA分子在分子生物學(xué)的研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，首先產(chǎn)物的量大小合適，在pmol量級(jí)，特別適用于大部分分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，大大減少了原料的浪費(fèi)和廢液廢料的產(chǎn)生;其次，通過合理的布局，可以實(shí)現(xiàn)核酸文庫(kù)的合成，這對(duì)于高通量的生物學(xué)研究具有重要輔助意義。最近，Quake實(shí)驗(yàn)室[42]在PDMS上對(duì)上述合成方法進(jìn)行了推廣，在一塊芯片上同時(shí)進(jìn)行16個(gè)寡聚核酸序列的合成，并通過連接酶將其拼裝成一段基因。這一技術(shù)對(duì)于合成生物學(xué)的發(fā)展將帶來重要的技術(shù)支持，利用微流控芯片進(jìn)行高通量DNA合成將是這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

集成微流控芯片進(jìn)入合成化學(xué)領(lǐng)域，并不能取代現(xiàn)有的絕大多數(shù)有機(jī)合成所使用的容器和方法。芯片上的合成化學(xué)必須適合于這個(gè)特殊的體系，并可以利用這個(gè)體系帶來其他傳統(tǒng)體系無法提供的便捷或效率。在組合化學(xué)、有機(jī)合成方法學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、核酸化學(xué)等相關(guān)的領(lǐng)域，由于其受到現(xiàn)有手段的很多制約，是利用集成微流控芯片尋找突破口的最好切入點(diǎn)。