连续流技术与高通量实验相结合，让化学研究效率显著提升

你是否曾想象过，化学家不再需要守在实验室里，日复一日地重复枯燥的试错实验?你是否曾听说过，一个复杂的催化反应优化，从几个月缩短到仅仅12小时?这听起来像是科幻电影里的场景，但今天，它正通过流动化学与高通量实验的完美结合，逐渐成为现实。

一、传统化学研究的“痛点”：慢、贵、难

在很长一段时间里，化学研究依赖于化学家的创造力、经验和毅力，甚至有时候要靠一点“运气”。一个反应的发现、优化与放大，往往需要数月甚至数年的时间。尤其是在药物开发、新材料合成等领域，这种“试错式”的研究模式不仅耗时耗力，还成本高昂，严重制约了创新速度。

高通量实验(HTE)的出现，部分解决了这个问题。它通过自动化设备，在微孔板中同时进行成百上千个反应，快速筛选出最优条件。然而，HTE也有局限：难以处理挥发性溶剂、难以精确控制温度与压力，而且从微升级别放大到生产规模时，往往需要重新优化，反而浪费了前期筛选的时间。那么，有没有一种方法，既能保持高通量的筛选效率，又能实现平滑放大，甚至还能做那些传统方法中危险或难以实现的反应?答案是：有，而且它正在改变化学研究游戏规则。

二、黄金组合：流动化学 + 高通量实验

流动化学，顾名思义，是指让反应物在管道或微反应器中连续流动并发生反应的技术。它并非新概念，早在20世纪30年代就已应用于石油化工。但近二十年来，它在精细化工、制药等领域的价值才被真正挖掘。

流动化学的“超能力”：

安全：反应体积小，可安全使用危险试剂(如有机锂、叠氮化物)。

高效：传热传质效率高，反应速度快，选择性好。

精准：对温度、压力、停留时间的控制极为精确。

易放大：“放大”只需延长运行时间，无需重新开发工艺。

当HTE的“广度”遇上流动化学的“深度”与“可控性”，便产生了奇妙的化学反应：

1. 变量动态调控：在流动中，温度、流速等参数可实时调整，这是传统批量实验无法实现的。

2. 无缝放大：在微流控优化的条件，直接用于规模化生产，省去重复优化。

3. 挑战性反应成为可能：高温高压、强光照、危险试剂使用门槛大大降低。

4. 实时分析，智能决策：结合在线检测与人工智能算法，实现“自我优化”。

三、六大领域，遍地开花

这篇发表于《Digital Discovery》的综述，系统梳理了流动化学HTE在六大前沿领域的革命性应用。

1. 光化学：让“见光”的反应更精准

光反应对光照均匀性要求极高，传统反应器往往效果不佳。流动光反应器通过缩短光程、精确控制照射时间，解决了这一难题。更厉害的是，研究人员开发了液滴微流控平台，将反应体积缩小至纳升级，用ESI-MS实时分析，在19分钟内完成了350个样品的分析，效率提升百倍。甚至实现了从微孔板筛选到流动放大的直接转化，避免了重新优化。

2. 算法优化：让机器自己寻找最佳答案

这是最具“未来感”的应用。通过集成红外、色谱等在线分析，结合贝叶斯优化、机器学习算法，系统能根据实时结果自动设计下一组实验条件，形成“闭环优化”。在一个案例中，一个包含6个变量的复杂催化反应，仅用12小时、60次实验就找到了最优条件，材料消耗仅为传统方法的7%。算法不仅能最大化产率，还能在产率、成本、生产效率等多个目标间寻找最佳平衡点。

3. 催化反应：破解复杂反应的“黑箱”

催化反应机理复杂，变量多。流动HTE成为了强大的解密工具。

例如，对于制药工业至关重要的Suzuki-Miyaura偶联反应和Buchwald-Hartwig胺化反应，研究人员利用自动化液滴平台，快速筛选了配体、碱、溶剂等成千上万个条件组合，并成功将最优条件无缝放大至流动生产。更有研究开发了“模拟进程动力学分析”新方法，在几天内就完成了原本需要数千小时的动力学研究。

4. 电化学：绿色合成的“智能加速器”

电化学利用电子作为清洁试剂，是绿色化学的重要方向，但其优化极其复杂。

流动电化学HTE平台的出现改变了局面。有团队开发了微反应器筛选平台，仅用0.7mg原料、2小时就能完成40次条件筛选。随后又升级为液滴平台，每10分钟获得一个数据点，成功合成了44个C-N偶联化合物库。这些平台为这个新兴领域的快速发展铺平了道路。

5. 药物化学：加速新药发现的引擎

在制药行业，时间就是金钱。流动HTE正成为药物化学家的标配。

辉瑞公司的科学家将平台置于手套箱中，解决了对水氧敏感反应的筛选难题，在24小时内自动完成了1500个Suzuki反应的筛选。学术界也开发了振荡流反应器，在微升级液滴中精确控制多相、多步反应，快速构建了用于先导化合物优化的微型化合物库。

6. 材料与超分子化学：从“大海捞针”到“精准垂钓”

新材料和新结构的发现如同大海捞针。流动HTE提供了高效的“捕捞船”。

在聚合物领域，自优化流动平台可实时监控聚合过程，自动调整条件以获得目标分子量的聚合物。在多孔有机盐、纳米催化剂、超分子笼等材料的发现中，HTE用于快速筛选合成条件，流动化学则用于高效、可重复的放大制备，将材料发现周期从数年缩短至数周。

四、未来展望：挑战与机遇并存

流动化学与高通量实验的结合，远不止是两种技术的简单叠加。它代表了一种研究范式的根本转变：从依赖个人经验的“手工艺”时代，迈向数据驱动、自动化、智能化的“数字化学”新时代。它让化学家能够以更快的速度、更少的资源、更安全的方式，探索更广阔的化学空间，去合成新的药物，创造新的材料，解答更基础的科学问题。下一次，当你听到某种新药快速上市，或某种革命性材料突然出现时，或许背后就有这套“开挂”组合的功劳。化学研究的未来，正沿着这条流动的、高速的管道，加速向我们驶来。

参考文献：

Lyal-Brookes, G.; Padgham, A. C.; Slater, A. G. Flow chemistry as a tool for high throughput experimentation.Digital Discovery2025,4, 2364-2400.