制藥行業(yè)一直是流動(dòng)化學(xué)興起的主要推動(dòng)力，有機(jī)合成一直是所有在流動(dòng)化學(xué)設(shè)備上開(kāi)展的研究工作重點(diǎn)。其他領(lǐng)域，例如生物燃料，石油化學(xué)和納米顆粒合成，也可以從這些相同的優(yōu)勢(shì)中受益。

專(zhuān)門(mén)研究納米顆粒合成的公司和大學(xué)對(duì)連續(xù)流微通道反應(yīng)器需求不斷增長(zhǎng)。另外，關(guān)于納米顆粒，量子點(diǎn)和膠體金屬的連續(xù)形成的主題的出版物越來(lái)越多。

納米粒子的物理和化學(xué)特性，它們被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)致對(duì)化學(xué)家提供可靠，大量高質(zhì)量納米粒子的可靠供應(yīng)的需求不斷增長(zhǎng)。

其他化學(xué)方法來(lái)分批生產(chǎn)納米顆粒存在以下問(wèn)題：混合中的不均勻性，老化的重要性，溫度難以精確控制以及批次之間的可重復(fù)性有問(wèn)題。批處理過(guò)程通常取決于化學(xué)家的技能，而不僅取決于化學(xué)本身。(non-homogeneity in mixing, the importance of aging, the difficulty of accurate temperature control and questionable reproducibility from batch to batch)

流動(dòng)化學(xué)具有許多優(yōu)點(diǎn)，可幫助克服這些挑戰(zhàn)，特別是快速且可重現(xiàn)的混合，出色的溫度控制，進(jìn)行加壓反應(yīng)的能力，模塊化和易于放大。

納米顆粒合成中的精確反應(yīng)控制

流化學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵特性之一是其內(nèi)部潤(rùn)濕通道的直徑非常小，通常在0.3-1 mm的范圍內(nèi)。這對(duì)微型反應(yīng)器的混合質(zhì)量和溫度控制都具有巨大影響。

系統(tǒng)的流動(dòng)條件由雷諾數(shù)（Re）定義，即流體的平均粘度乘以特征尺寸再除以運(yùn)動(dòng)粘度。對(duì)于低雷諾數(shù)（低于4,000），流動(dòng)條件是層流的；對(duì)于高雷諾數(shù)，它們是湍流的。在連續(xù)流化學(xué)系統(tǒng)中，通道尺寸導(dǎo)致雷諾數(shù)始終很小（通常<100），因此流態(tài)始終是層流的。

在層流條件下，混合受到擴(kuò)散限制，并且速度極快。通常，在微反應(yīng)器中，混合為約1-5秒。由于微型反應(yīng)器的形狀不會(huì)改變，并且不涉及物理攪拌器，因此它的重現(xiàn)性也很高。

通過(guò)使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的微型反應(yīng)器（稱為微型混合器芯片），混合時(shí)間甚至可以進(jìn)一步減少到一秒鐘以下。這使得微混合器芯片成為納米顆粒合成方案的首選反應(yīng)器，其中混合是關(guān)鍵參數(shù)。

微反應(yīng)器通道的小直徑也意味著其表面體積比極高。這樣可實(shí)現(xiàn)出色的熱傳遞以及快速，有效的溫度控制和響應(yīng)。不僅沒(méi)有間歇式反應(yīng)器中看到的溫度梯度，而且任何放熱或吸熱都非常迅速地被吸收，從而在整個(gè)微反應(yīng)器中保持了均勻的溫度。

Seeberger教授(Max Planck Institute of Colloids & Interfaces)及其同事在描述玻璃微反應(yīng)器中連續(xù)量子點(diǎn)合成過(guò)程的論文中指出了精確控制實(shí)驗(yàn)條件所起的關(guān)鍵作用。合成的量子點(diǎn)連續(xù)與使用類(lèi)似的批處理方案所獲得的顆粒分布相比，Seeberger研究小組的流動(dòng)具有更窄的顆粒分布。Fitzner及其同事在流動(dòng)微反應(yīng)器中制備膠體金也表明了這種趨勢(shì)。

鐵納米顆粒的連續(xù)合成中粒子的大小至關(guān)重要，因?yàn)樗鼪Q定了其順磁特性。在微反應(yīng)器中進(jìn)行鐵納米顆粒合成可以實(shí)現(xiàn)超快速混合，隨后形成的精細(xì)磁性鐵納米粒子的質(zhì)量和重現(xiàn)性均高于批量合成（batch synthesis）。

連續(xù)流動(dòng)的過(guò)程靈活性

使用連續(xù)流化學(xué)系統(tǒng)制造納米顆粒的其他優(yōu)點(diǎn)包括易于擴(kuò)展，系統(tǒng)模塊化以及進(jìn)行高壓反應(yīng)和多步工藝的能力。

由注射泵，微反應(yīng)器和壓力控制器組成的流化學(xué)系統(tǒng)是納米顆粒合成的良好起點(diǎn)。該系統(tǒng)將允許用戶進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)以確定最佳反應(yīng)條件。一旦確定了最佳的反應(yīng)條件，就可以使用相同的設(shè)置連續(xù)懸浮液來(lái)合成數(shù)克的納米顆粒。

通過(guò)添加自動(dòng)進(jìn)樣器并通過(guò)軟件使系統(tǒng)自動(dòng)化，系統(tǒng)的功能得以擴(kuò)展，非常適合過(guò)程優(yōu)化和研究反應(yīng)參數(shù)?？梢钥焖僭O(shè)置，自動(dòng)運(yùn)行一系列實(shí)驗(yàn)，并分別收集所有樣品進(jìn)行分析。Fitzner及其同事使用這種設(shè)置來(lái)研究反應(yīng)溫度對(duì)膠體金粒度分布的影響。

使用背壓調(diào)節(jié)器還可以非常輕松，安全地對(duì)流化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行加壓。這樣可以將溶劑加熱到沸點(diǎn)以上，這通常被稱為“過(guò)熱”，從而提高了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)并創(chuàng)造了超快反應(yīng)條件。最重要的是，對(duì)系統(tǒng)加壓可以最大程度地減少反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物氣體時(shí)可能發(fā)生的除氣效果（degassing effect）。

最后，微反應(yīng)器和流動(dòng)化學(xué)是多步工藝（通常稱為“伸縮合成--telescoping synthesis”）的理想選擇。通過(guò)簡(jiǎn)單地將第一反應(yīng)器的輸出連接到第二反應(yīng)器的輸入，可以建立兩步反應(yīng)。Seeberger的小組在其量子點(diǎn)工藝中利用了這種流化學(xué)優(yōu)勢(shì)。首先，在微型反應(yīng)器中形成鎘-硒納米顆粒，然后在第二個(gè)串聯(lián)的微型反應(yīng)器中用硫化鋅覆蓋納米顆粒。此兩步反應(yīng)作為一個(gè)連續(xù)過(guò)程進(jìn)行，因此節(jié)省了時(shí)間和人工。

流動(dòng)化學(xué)是一種有效的技術(shù) 優(yōu)化反應(yīng)及其大規(guī)模合成的研究?？梢詭椭{米顆粒工業(yè)的流化學(xué)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)包括出色的反應(yīng)控制，靈活性和易于擴(kuò)展。這些益處是如此重要，以至于在不久的將來(lái)，連續(xù)流可能會(huì)成為納米顆粒合成的選擇方法。