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　　综述：微流控技术在农药研发中的应用：农药合成、纳米农药制备及片上传感方面的进展

　　微流控技术已成为农药科学中一个强有力的赋能平台，其能够对微量流体进行精确操控，同时兼具增强的传质与传热效率、显著减少的试剂消耗以及高度的系统集成性。本综述系统总结了微流控在农药科学中应用的最新进展，围绕三个核心领域展开：（i）连续流合成，（ii）纳米农药制备，

　　微流控技术已成为农药科学中一个强有力的赋能平台，其能够对微量流体进行精确操控，同时兼具增强的传质与传热效率、显著减少的试剂消耗以及高度的系统集成性。本综述系统总结了微流控在农药科学中应用的最新进展，围绕三个核心领域展开：（i）连续流合成，（ii）纳米农药制备，以及（iii）农药残留的片上检测。在连续流合成中，微反应器促进了除草剂、杀菌剂和杀虫剂的更安全、更可控和可扩展的生产，特别是对于硝化、重氮化和催化加氢等危险转化反应，实现了优异的反应选择性和重现性。在纳米农药工程中，微流控平台对粒径、尺寸分布和结构均匀性提供了卓越的控制；这使得与传统间歇式方法相比，胶体稳定性、可编程释放动力学和生物相容性得到显著改善。对于农药残留分析，集成了电化学、表面增强拉曼散射（SERS）、纸基、3D打印或智能手机读数模块的芯片实验室系统能够现场、快速且灵敏地检测多种痕量级农药类别。通过连接合成化学、制剂工程和分析检测，微流控为下一代作物保护建立了稳健、可扩展和环境响应的技术基础。本综述强调了微流控在解决农药开发中的安全性、环境挑战和效率挑战方面的关键作用，同时也概述了通向智能化、绿色化和数字化农药的有前景的路径。

　　微流控作为一个强大的跨学科平台，能够在微尺度通道内精确操控微量流体。该领域协同整合了微加工、材料科学、流体动力学和分析检测技术的进展。其关键优势包括最少的试剂和样品消耗、快速的测定周转、成本效益、系统微型化以及高灵敏度和选择性，这使微流控成为分子检测、连续流化学合成和纳米材料生产中广泛应用的多功能和可扩展技术。追溯到1979年，Terry团队开创了基于微流控原理的小型化气相色谱系统的设计与制造，这些早期设备后来被命名为“芯片实验室”系统或微分析平台，构成了确立微流控为一个独特跨学科领域的奠基里程碑。在20世纪90年代，Manz及其同事正式引入了微全分析系统（μTAS）的概念，将样品引入、流体混合、化学反应、分离和检测等核心实验室操作集成到单个微结构芯片上。这一技术和概念进步催化了分析科学的范式转变：从传统的宏观尺度流体处理转向精确控制的微尺度操控。微流控的最新进展优先考虑了系统集成、操作自动化和高通量处理。通过利用精心设计的微通道架构和可编程流体控制模块，这些平台支持高度可重复的连续、顺序和多步化学与生化转化。临界增强的对流混合使得能够合成具有优异尺寸均匀性和窄尺寸分布的纳米颗粒。例如，通过微流控制备的聚合物纳米颗粒通常表现出约50 nm的平均流体力学直径和多分散指数（PDI）≤0.1，而通过传统本体混合制备的类似颗粒分别为约200 nm和PDI≥0.4。同样，微流控制备的脂质纳米颗粒平均直径低至20 nm，远低于传统方法制备的对应物的约70 nm。农用化学品，特别是合成农药，构成了现代植物保护系统的基石；但其工业生产依赖于硝化和氯化等危险工艺，使工艺安全性成为首要的工程优先事项。广泛使用也带来了严重的环境和健康风险。为了应对这些挑战，可持续的农用化学品制剂（尤其是纳米农药）和超灵敏的残留检测方法现在至关重要。微流控提供了一个强大的解决方案：它能够实现更安全的连续流合成、精确的纳米农药工程和集成的片上传感。本综述涵盖三个关键领域：（i）用于更安全、更高效农用化学品生产的连续流合成；（ii）具有可调尺寸的纳米农药设计；以及（iii）用于快速、可靠残留检测的微流控传感器。

　　选择合适的材料是微流控器件制造的基础，因为润湿特性、表面化学和通道几何形状共同决定了流体行为、混合效率和反应性能。几十年来，包括玻璃毛细管、硅、聚四氟乙烯（PTFE）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）在内的多种材料已被广泛用于构建微流控平台。玻璃和硅由于出色的化学稳定性和耐热性，是最早用于微流控器件的材料。聚合物材料如PDMS和PTFE因其低成本和易于制造而被更广泛地采用，尽管溶剂兼容性和长期稳定性仍然是重要的限制因素。由于农药合成和制剂经常涉及强有机溶剂，应权衡化学兼容性、机械鲁棒性和光学可及性来选择芯片材料。

　　微流控通道的特征尺寸通常在微米范围，导致流体动力学从根本上不同于宏观系统。这种微小管道内的流动状态由雷诺数（Re）定量表征，这是一个定义为惯性力与粘性力之比的无量纲参数。根据Re，流体流动传统上分为三种状态：（i）层流（Re

　　4000）。在层流中，粘性力主导，流体运动以平滑、平行的流线进行，在任何给定横截面上具有时间和空间上均匀的速度剖面。在这些条件下，轴向对流控制主体传输，而横向混合完全依赖于被动分子扩散。过渡流表现出速度和压力的中断波动，反映了层流结构的初期破坏。湍流以混沌的三维涡流、随机速度波动以及由惯性效应驱动的增强径向质量和热量传递为特征。由于微流控通道尺寸小，大多数装置中的雷诺数保持在远低于100。因此，流动绝大多数处于层流状态，这是稳定、可预测和可重现的。在这些条件下（Re

　　一个典型的微流控装置集成了微通道、微阀、微泵、微混合器和微分离器等微型化组件，以实现微尺度上精确的空间和时间流体控制。可靠的运作需要严格调节流速、压力和时间。微泵是设定和调整流速的主要手段；当与可编程微阀配对时，它们实现了亚毫秒级计时和纳升级精度。微流控系统中的流体流动通常是压力驱动并由精确定义的微通道几何形状引导。常见的流体控制装置包活注射泵、蠕动泵、再循环泵和高压控制器。准确的微尺度流速测量对于评估微流控装置性能和研究受限空间中的流体动力学至关重要。它实现了精确的流体控制并揭示了潜在的流体动力学机制。传统的微流控器件依赖于二维平面制造，这在根本上限制了通道几何形状、集成密度和功能复杂性。2018年，Qian引入了“超越极限制造”（BLM）的概念来打破这些约束。BLM以超快飞秒激光微加工为中心，能够在透明材料内部进行精确的三维内雕，无需掩模或高温环境。真正的革命在于“芯片上的工厂”范式，其中整个化学过程（混合、反应、分离、结晶）被微型化并集成到单个连续流装置中，极大地增强了质量/热量传递、安全性和可扩展性。总体而言，尽管微流控系统中的基本传输现象在不同学科中是共同的，但它们在农用化学品应用中的意义在于实现对反应环境、界面过程和传质的精确控制。这些特征为在连续流农药合成过程中提高反应效率、获得具有窄粒径分布的均匀纳米农药制剂，以及增强用于农药残留检测的微流控传感平台的灵敏度和重现性提供了基础。

　　在微流控系统中，流体行为不仅受惯性力支配，还关键地受粘性阻力、分子扩散率和流体粘度影响。分子扩散源于布朗运动，驱动溶质从高浓度区域向低浓度区域的净通量，并使共流流之间的界面逐渐混合。Péclet数（Pe）是一个量化对流与扩散质量传输相对重要性的无量纲参数。在微流控通道内，Pe通常超过10

　　，反映了对流传输对分子扩散的主导地位。因此，在不混溶液体系统中的混合仍然高度局限于界面。即使对于可混溶系统，持续的浓度梯度也会产生明确定义的界面区域，其中混合主要沿流动方向进行，而横向扩散仍然严重受限。对于化学合成和纳米颗粒制造，混合效率或混合时间是决定性的动力学参数。增强的混合产生更小、更单分散的纳米颗粒，具有优异的胶体稳定性和分散性。特征扩散时间t与扩散长度L的关系式为t = L

　　/2D。该表达式确认扩散时间与扩散长度成二次方比例，与D成反比；因此，减少扩散路径（例如，通过通道分段或混沌平流）是加速分子混合的最有效策略。微流控混合策略系统地分为两个基本类别：（i）无外部能量输入的被动方法，和（ii）采用外加场的主动方法。主动技术通常比被动方法实现更快和更完全的混合，但代价是增加了系统复杂性和能量需求。

　　混沌平流是通过流体流线的重复拉伸和折叠产生的，是微流控系统中采用最广泛的被动混合策略之一。与单独的分子扩散不同，混沌平流在层流条件下显著加速横向质量传输，从而缩短混合时间并提高浓度均匀性。这一特性对于农用化学品应用尤为重要，因为快速和均匀的混合直接影响连续流农药合成过程中的反应选择性，并决定纳米农药制造过程中的粒径分布。在实践中，混沌平流通常通过合理的微通道设计引入，例如蛇形、螺旋形、之字形或分割重组（SAR）几何形状。

　　被动液滴微流控通过控制两种不混溶流体的流体动力破裂产生离散的、单分散的液滴。液滴通常分类为单乳液液滴、双乳液液滴、多重乳液液滴和多核液滴。被动液滴微流控通过在连续相内剪切不混溶的分散相产生高度单分散的液滴。根据通道几何形状，液滴生成通常使用共流、T型结和流动聚焦配置实现。由于其出色的液滴尺寸控制、生产频率和封装效率，这些架构已成为农药制剂和纳米颗粒制备中最广泛使用的平台。在T型结微流控中，正交入口通道输送连续相和分散相。由于其简单的几何形状和稳定的液滴生成，T型结仍然是用于制备农药负载乳液和聚合物微胶囊的最常用配置之一。在流动聚焦微流控中，核心流体（例如油）被来自两侧的鞘流（例如水相）挤压成窄细丝。流动聚焦装置通常提供最高的液滴单分散性，特别适用于生产具有窄尺寸分布的均匀纳米/微载体。在共流微流控中，液滴尺寸取决于毛细管几何形状、流速比和流体性质——包括粘度比和界面张力。共流系统擅长生成多核、多组分或分层液滴，并广泛用于微胶囊和功能封装。

　　主动微流控系统采用外加场，包括离心、声学、磁、热和电场，以增强超过层流条件下扩散限制传输的混合效率。离心微流控最近被用于高通量纳米颗粒合成，允许在单个旋转平台上同时制备数十种配方。

　　热能通过焦耳加热、热诱导气泡和增加的分子扩散率来增强微流控混合。热或电热微流控通过局部加热增强混合，最近被用于改善无机和聚合物纳米颗粒的合成。

　　声学微流控提供非接触混合，具有优异的生物相容性，使其对于制备生物大分子负载的纳米颗粒（如基于RNA的农药）特别有吸引力。声学流主要由振荡微泡和锐边结构产生，耦合这两种方法能够实现边界驱动的流，用于快速混合和有机纳米颗粒合成。

　　磁微流控通过在外加磁场下驱动磁性颗粒或铁磁流体来改善混合，并且对于高粘度制剂特别有用。连续流化学在合成中越来越受欢迎。Lonza发现约50%的80个活性药物成分（API）工艺可以从间歇式转变为连续流，但三分之二因固体处理挑战而停滞。为了解决这个问题，Hermans团队引入了一种液体壁反应器，使用铁磁流体形成可变形的、不堵塞的“液体壁”，从而实现含颗粒反应的稳健连续处理。与被动微流控相比，主动微流控平台为操纵复杂流体和增强传质提供了更大的灵活性。然而，它们对外加能源的依赖通常增加了系统复杂性和操作成本。因此，被动微流控仍然是大多数农药合成和纳米农药制造研究中的主要策略，而主动微流控主要在需要快速混合、生物材料处理或高通量操作时被采用。

　　微流控装置使用精心设计的微通道结合外场来克服低Re值下层流中扩散限制的传输。这使得快速、精确的混合和增强的传质成为可能，这对于均匀纳米颗粒合成和API的连续流生产至关重要。与传统的间歇反应器相比，微流控连续流系统提供了几个对于农药合成非常理想的内在优势。微反应器的小特征尺寸实现了快速散热和高效的传质，从而最小化了温度梯度和浓度不均匀性。对停留时间的精确控制进一步提高了反应选择性和重现性，同时减少了不期望副产物的形成。此外，封闭流动环境显著增强了操作安全性，特别是对于农用化学品合成中常见的高度放热反应或危险中间体。本节回顾了通过微流控进行连续流农药合成的最新进展，按农药类别组织：除草剂、杀菌剂和杀虫剂。这些例子通过反应机理阐明、过程强化和 scalability评估的视角引入，展示了连续流微反应器如何有助于农用化学品工艺开发中增强的合成效率、工艺稳健性和环境可持续性。

　　二甲戊灵是一种选择性芽前二硝基苯胺土壤除草剂。传统的批量两步二硝化路线面临突出的技术瓶颈：强放热的硝化反应容易引发热失控风险；长停留时间导致严重的过硝化副反应和有毒N-亚硝基杂质（1b）的产生；消耗大量氯化溶剂和废酸，导致废物排放过多和原子经济性低。Chen的研究小组建立了一种基于集成多功能微反应器的一步连续流二硝化策略，其中硝酸既充当硝化试剂又充当酸催化剂。该集成微通道装置提供的传质和传热系数比间歇反应器优越两个数量级，实现了反应温度的实时精确调节，温度波动仅控制在2°C以内，以及毫秒级的停留时间调节。在优化条件下，原料N-烷基苯胺底物达到100%转化率，目标产物选择性为97%–98%，并且不期望的N-亚硝基副产物1b被大幅抑制。这种连续流路线消除了对氨基预保护和中间体分离的需要，允许底物浓度提升至80 wt%并大幅削减溶剂用量；废硝酸可以浓缩回收，这急剧减少了废酸和有机废物排放。

　　作为具有两个相邻氮原子的五元杂环化合物，吡唑表现出多样的生物活性；氰吡喃和吡唑特是成熟商业化的基于吡唑的农药。传统的批处理合成关键炔酮中间体和目标吡唑产品的方法存在明显的缺点。Kandasamy的研究小组建立了一个集成的无金属全连续流串联路线来合成炔酮和随后的吡唑衍生物。与需要中间体分离的多步批处理程序相比，该流动平台在温和环境条件下实现了末端炔烃和正丁基锂的原位生成，然后立即与酰氯偶联产生炔酮；粗制炔酮流直接进入第二个管式反应器，无需离线纯化，并依次与肼衍生物进行[3+2]环加成反应，得到吡唑。整个级联反应的总停留时间控制在几十秒内，远短于批处理技术所需的几小时反应时间。

　　苯噻草胺是一种专门应用于水稻田的选择性三唑酰胺除草剂，3-（三甲苯基硫代）-1H-1,2,4-三唑是其核心合成中间体。传统的批处理路线通过重氮化然后脱重氮偶联来合成该中间体，使用廉价的2,4,6-三甲基苯胺作为起始材料，在温和环境条件下进行。然而，批处理过程面临严重的技术和安全性缺点：低温重氮化步骤中生成的重氮盐中间体极不稳定，容易自发分解，带来突出的爆炸风险。Yu的研究小组构建了一个配备原位液液萃取功能的集成模块化全连续流平台。与需要单独制备和临时存储重氮溶液的批处理技术不同，该流动系统在串联管式反应器中实现了重氮物质的同步生成和即时消耗，彻底消除了危险重氮中间体的积累，从根本上根除了爆炸危险。微管反应器的活塞流特性几乎消除了返混行为，因此水解、二聚和分子内偶联副反应被大幅抑制。受益于精确的温度和停留时间控制，整个两步转化在仅50秒内完成，将批处理技术的总反应周期（3小时）缩短了200倍以上。

　　甲基磺草酮是一种广泛使用的HPPD抑制剂选择性三酮除草剂，应用于玉米作物，传统的两步批处理酯化-重排合成路线具有突出的安全性和性能缺陷。在批处理酯化阶段，混合酸酐与碱性添加剂产生大量中和热，这在导热性差的批处理烧瓶中无法迅速消散，容易引发热失控风险；随后的重排步骤依赖于剧毒的丙酮氰醇催化剂，开放式的批处理进料操作导致人员长期接触含氰材料，带来严重的职业危害。Yu的研究小组建立了一个完全集成的三阶段连续流平台，包括酯化、重排和在线氰醇无害降解模块。受益于管式微反应器的高效传热和传质效率，酯化反应在仅20秒内于温和的20°C下完成，瞬时除热彻底根除了中和热积聚和失控危险。随后的重排单元在25°C下稳定运行，精确调节三乙胺当量以减弱碱性副反应。在终端流路中于40°C下引入次氯酸盐溶液流，以完全分解残留的丙酮氰醇，实现有毒氰化物废水的闭环处理。与批处理技术相比，这种串联连续流路线%。

　　ABO（6-氨基-2,2,7-三氟-4H-苯并[1,4]恶嗪-3-酮）作为一系列商业化苯并恶嗪酮除草剂的核心合成中间体。从FPAA底物开始经典的三步批处理路线包括分别在釜中进行二硝化、催化加氢和酸环化，受到严重的安全风险和较差的工艺性能的困扰。为了解决爆炸性中间体风险、热失控危险和低总产率瓶颈，Cantillo和Kappe的研究小组建立了一个完全不间断的集成连续流串联系统，结合了二硝化、淬灭液液萃取、固定床加氢和在线酸环化。与需要分离和储存危险中间体的分段批处理生产不同，整个流动管道实现了二硝基和二氨基物质的原位生成和即时消耗，无需任何离线隔离，从根本上根除了中间体积累带来的爆炸和分解风险。微结构静态混合器提供了出色的换热能力以精确控制硝化温度，消除了放热失控风险；填充的Pd/C催化剂盒密封在封闭的流动管道中，以避免直接接触易燃催化剂，并且在线脱气模块持续去除多余的氢气以降低压力危险。与批处理技术相比，集成连续过程将总HPLC产率从67%提高到83%，分离产品纯度达到91%而无需重复重结晶。

　　氟甲基功能化的吡唑和吡唑啉骨架是商业杀菌剂（包括氟唑菌酰胺和sedaxane）的核心药效团。传统的批处理路线构建此类氟化唑环具有明显的的安全性和工艺缺点。为了解决冗长的反应时间、银试剂消耗和重氮物质的爆炸风险，Britton和Jamison建立了一个以氟化重氮烷烃的原位生成和立即消耗为中心的模块化装配线连续流平台，随后进行串联[3+2]环加成。与单独合成和储存重氮化合物的批处理操作不同，全封闭管道采用“生成然后消耗”模型，消除了爆炸性中间体的高浓度积累和相关安全威胁。受益于管式反应器的背压加热能力，二氯甲烷可以安全地加热到其常压沸点以上，无需高压釜，实现无催化剂环加成，完全消除对化学计量Ag

　　O的依赖。该模块化平台兼容后续的下游衍生化反应，包括Chan–Lam N-芳基化、N-甲基化、酰胺化和TMS去保护，能够快速构建多样化的氟吡唑分子库。

　　吡噻菌胺是一种针对卵菌病原体的广谱高效杀菌剂，1-甲基-5-苯甲酰基四唑作为其合成核心的四唑中间体。传统的批处理合成途径存在明显的安全和工艺缺陷。Ichinari的研究小组构建了一个全封闭的两阶段集成连续流管式平台。整个管道采用危险叠氮甲烷中间体的原位生成和立即消耗模式：叠氮化钠和硫酸二甲酯在精确调节的中性pH条件下被泵入第一个管式混合器以合成叠氮甲烷，通过控制碱的进料比避免了爆炸性氢叠氮酸的生成。粗制的叠氮甲烷有机流被直接输送到第二个高压管式反应器中，无需离线收集或临时存储，并在连续流设备特有的高温（200°C）和高压（8 MPa）条件下与苯甲酰氰发生Huisgen[3+2]环加成反应。与多步批处理技术相比，这种伸缩式连续流系统完全削减了多阶段中间体分离和纯化程序，将总体生产周期从几天缩短到几十分钟，并在连续长时间运行中提供稳定的78%目标四唑产物分离产率。更重要的是，任何时候封闭管道内只存在痕量的爆炸性叠氮甲烷，消除了危险叠氮物质集中积累，从根本上根除了批处理中高浓度重氮化合物储存和转移带来的爆炸和有毒泄漏风险。

　　恶霉灵代表一种低毒广谱土壤杀菌剂，广泛应用于控制各种土传植物病原体。主流的两步批处理合成路线依赖乙酰乙酸乙酯和盐酸羟胺，表现出根植于不稳定反应微环境的突出工艺缺陷。在批处理釜中，不均匀的混合导致整个反应系统的局部pH和温度剧烈波动。两个核心转化——羟肟酸中间体的碱性生成和随后的酸环化——对pH和热变化极其敏感；不匹配的反应参数容易引发竞争性水解和环化副反应，形成3-甲基-2-异恶唑啉-5-酮杂质，大大降低整体产品产率。为了解决批处理生产中参数控制差、杂质多和产物效率低的问题，Ma及其同事构建了一个集成全连续流串联反应平台。管式流动反应器在整个流体流中提供均匀混合以及对pH、温度和停留时间的实时精确调节。羟肟酸形成步骤在-5°C下进行，停留时间仅为40秒，避免了导致副产物的局部过度碱化。随后的酸环化段独立温度控制在50°C，停留时间缩短至45秒，并且持续在线计量充足的浓盐酸以抑制中间体水解。经过简单的后处理和重结晶，获得目标恶霉灵产品。与批处理技术相比，连续工作流程急剧抑制了杂质生成，将主要副产物含量从22%降低到仅4%。总反应周期从14小时压缩到不到两分钟的合并停留时间。优化的全连续流路线%的产品纯度，稳定的公斤级连续运行验证了工业实用性。

　　2-氯-5-氯甲基噻唑（CCMT）作为商业化新烟碱类杀虫剂噻虫嗪的关键药效团核心。该骨架的主流批处理制造路线采用醛α-溴化然后硫脲环化，这在工业生产中面临三个棘手的技术和安全瓶颈。批处理反应器需要直接人工进料和储存高腐蚀性、有毒的液态溴，带来严重的职业暴露和爆炸风险；搅拌釜中不良的混合和缓慢的散热导致严重的竞争性二溴化副反应，大大降低单溴化物选择性。此外，脂肪族醛底物在长时间批处理搅拌下容易氧化自聚合，产生大量聚合物杂质。为了解决上述关键限制，Lu的研究小组构建了一个用于醛α-溴化的全封闭模块化连续流管式平台。受益于微通道内超高效的微混合和瞬时除热，流动系统精确调节反应温度和停留时间，同时抑制过度溴化和醛聚合。与需要30分钟反应持续时间的批处理技术相比，连续溴化步骤将停留时间缩短至仅1–3分钟，并且单/二溴化选择性比率从批处理中的小于8:1上升到超过40:1。在优化的溴化单元基础上，进一步耦合了在线集成环化模块，以构建伸缩式两步不间断流动过程，消除了批处理工作流所需的离线淬灭、萃取和中间体分离操作，并直接实现从原料醛到目标2-氨基噻唑骨架的一步流转化。封闭管道设计实现了溴试剂的原位生成和瞬时消耗，无需大量积累有毒溴液体，从根本上消除了溴储存和转移带来的安全隐患。

　　脲骨架具有强大的氢键相互作用能力，可以有效调节目标分子的生物活性、代谢稳定性和药代动力学性质，许多商业农用化学品包括trimefluor和triflumuron采用脲作为其核心官能团。氟代哌啶-4-酮骨架是构建脲化合物库的杰出前体，因为氟取代可以进一步提高农药和药物分子的代谢抗性。然而，传统的批处理中哌啶酮/氨基醇底物与各种异氰酸酯的缩合面临明显的技术缺陷，高度依赖溶剂系统和异氰酸酯结构：容易生成副产物氨基甲酸酯，导致产品选择性低、后处理复杂和繁琐的柱色谱纯化程序。为了解决批处理脲合成中的选择性缺陷和繁琐纯化问题，建立了一个优化的模块化连续流反应平台，凯发k8天生赢家用于高通量构建含氟脲化合物库。受益于超高效的微混合以及对温度、停留时间和溶剂比例的准确实时调节，流动系统实现了针对不同异氰酸酯原料的靶向溶剂匹配：叔丁醇用于烷基异氰酸酯反应以抑制氨基甲酸酯杂质生成，而1,2-二氯乙烷用于芳基异氰酸酯底物以保证完全转化。哌啶-4-酮或还原的氨基醇衍生物与烷基/芳基异氰酸酯之间的亲核加成可以在仅17分钟的停留时间内于温和和中等加热条件下完成，远短于多小时的批处理搅拌反应。流动路线急剧抑制了氨基甲酸酯侧链杂质，提供了一系列多样化的脲衍生物，具有稳定的高分离产率和优异的粗产品纯度。

　　三氟苯嘧啶是一种典型的中间离子两性离子吡啶并嘧啶类杀虫剂，具有针对昆虫烟碱乙酰胆碱受体的独特作用机制，对耐药稻飞虱提供出色的防治效果，同时对传粉蜜蜂产生最小毒性影响。传统的三步批处理合成路线包括亚胺化、还原胺化和环化，存在多个突出的技术和绿色化学缺陷。每个反应单元需要不相容的单一溶剂，因此必须重复更换溶剂和多阶段离线分离中间体；漫长的多天搅拌操作导致丰富的副产物，将总分离产率限制在仅约40%左右。同时，大量消耗有机溶剂和无机盐废物使得批处理路线，导致环境可持续性差和后处理成本高。为了克服溶剂不匹配、繁琐的中间体分离、低产率和大量废物产生瓶颈，Zhu的研究小组构建了一个不间断的模块化三阶段集成连续流级联平台。对于初始亚胺化反应，采用分子筛填充微柱连续原位去除水副产物，推动亚胺形成反应完全转化，而无需批处理设备中所需的共沸回流加热。随后的还原胺化段在氢氧化钯负载的填充床加氢微反应器中在温和的中压氢气氛下进行，避免了批处理合成中危险的硼氢化物还原剂。最终的环化步骤在室温下在窄直径PTFE毛细管反应器中几分钟内快速进行。与需要超过26小时总周期和三轮中间体分离/纯化的批处理技术相比，集成连续流系统将总停留时间压缩到32分钟以下，完全取消了离线中间体淬灭和分离程序，并急剧削减了废物排放，将E因子大幅降低到158。

　　环丙氟虫腈和溴虫氟苯双酰胺是两种具有商业价值的间二酰胺类杀虫剂，对鳞翅目和鞘翅目害虫具有广谱活性。传统的多步批处理合成路线对其核心中间体受到严重的步骤间不相容性瓶颈的困扰，源于不同的反应参数和互不相容的溶剂系统。每个单元操作需要不同的反应温度、催化剂类型和溶剂介质；因此批处理生产需要在每两个连续反应之间重复离线分离、纯化和溶剂更换。传统的批处理加氢采用铁/锌金属粉末还原，产生大量酸性固体废物，而脱卤步骤依赖于长达5小时的碱性溶液长时间滴加以保证中等产率，伴随着低的两相质量传递效率。此外，批处理酰胺偶联采用有毒、难以回收的DMF或二氯乙烷作为反应介质，并且酰氯中间体必须在偶联前单独分离，其在环境条件下不稳定且容易水解，降低了总产率并带来额外的操作安全风险。整个批处理合成工作流需要超过9-15小时完成，两种目标杀虫剂的总产率分别仅在45%至69%之间波动。为了解决多步反应的不相容性、繁琐的中间体分离和批处理工艺的绿色性能差的问题，Zhang及其同事构建了一个混合微填充床反应器（μPBRs）和微管式反应器的不间断集成连续流平台。整个伸缩式四阶段管道实现了连续的硝基还原、还原胺化、酯水解和酰胺形成，无需任何中间体的离线分离。多相加氢催化剂固定在填充柱内，以避免步骤间的催化剂交叉污染，并允许灵活的溶剂切换；高效的微混合器加强了两相质量传递，使冠醚相转移催化脱卤在仅1小时的连续停留时间内完成，而不是批处理的5小时滴加。有毒的DMF溶剂被绿色的乙腈完全替代用于溴化反应，并且酰氯在原位生成并在随后的偶联单元中立即消耗，以避免不稳定酰氯物种的积累。对于环丙氟虫腈，所有流动步骤的总停留时间仅为38分钟，总产率高达90%，而批处理中酰胺形成步骤需要超过9小时且产率仅为19%。对于溴虫氟苯双酰胺，整个连续序列仅需97.5分钟即可达到86%的总产率，而相应的批处理程序消耗超过15.5小时且仅提供45%的产率。这种混合微反应器组合从根本上消除了繁琐的中间体处理操作，将总反应周期缩短了10倍以上，减少了废物生成和由长时间批处理加热引起的热失控危险，并在公斤级连续运行中保持稳定高产率。

　　微流控技术已成为用于精确、连续和可扩展制造微纳米颗粒的变革性平台。它的应用跨越了脂质纳米颗粒（LNPs）、脂质体、聚合物纳米颗粒、胶束、纳米管和有机-无机杂化架构——其中LNPs代表了最先进和被广泛采用的实施方式之一。微流控能够在芯片上合成具有出色尺寸、多分散性和结构均匀性控制的LNPs，克服了本体相方法的关键限制。为了加速LNP配方发现，Issadore及其同事开发了LIBRIS，一个高通量、并行化的微流控平台，其中独立控制的入口流输送不同的配方组分。这种架构每四秒实现一个独特的LNP配方，与传统的串行微流控系统相比，吞吐量提高了高达100倍。微流控技术已应用于制造各种各样的纳米农药输送系统。尽管所报道的制剂在载体组成和封装策略上差异很大，但它们通常可以分为三类：脂质基纳米载体、聚合物或天然生物材料基输送系统，以及新兴的RNAi基纳米农药。每一类都利用微流控平台提供的精确流体操控，以实现改善的颗粒均匀性、封装效率和配方重现性。

　　脂质基纳米载体代表了最早的一种微流控启用的纳米农药系统，因为它们具有出色的生物相容性和封装效率。除了传统的纳米载体，微流控技术最近已扩展到RNA干扰（RNAi）基纳米农药的制造，这代表了一新一代的精准作物保护剂。我们的研究小组利用微流控制造了RNA干扰（RNAi）基纳米农药，通过快速、连续的LNP组装。dsRNA@LNP复合物在增强的传质下在几秒内形成，产生具有窄尺寸分布（PDI

　　与脂质基配方相比，聚合物和天然生物材料基纳米载体提供了更大的结构多样性和改善的机械稳定性，使其成为控制农药输送的有吸引力的候选者。Du的团队建立了一个用于木质素衍生纳米农药的低能耗、连续微流控平台。通过在水/丁醇微乳液中共同组装木质素磺酸钠（SL）和十六烷基三甲基氯化铵，然后Fe

　　介导的矿化，他们封装了吡唑醚菌酯；产生了纳米胶囊（约150 nm，PDI

　　在农药活性成分合成和先进纳米农药制剂工程之后，快速可靠地监测农药残留对于评估环境安全、食品质量和法规遵从性至关重要。由于其微型化、高集成度和优异的分析性能，微流控传感平台已成为农药残留分析的有前途的工具。传统的农药残留分析依赖于标准技术，如气相色谱（GC）和液相色谱-质谱（LC-MS）。尽管这些方法提供高灵敏度和定量准确性，但它们存在仪器成本高、样品制备繁琐、分析时间长以及依赖训练有素的人员等缺点。相比之下，微流控技术提供了一个强大的替代方案。利用微型化、集成化、最少试剂/样品消耗和时空精确流体控制的内在优势，微流控系统能够将样品预浓缩、净化、衍生化、分离和检测完全集成到单个芯片上。这种芯片实验室架构通过自动化的封闭系统操作极大地减少了分析时间和试剂消耗，同时提高了重现性。因此，微流控平台已成为用于农药残留检测的快速、现场部署和成本效益高的解决方案。

　　2,6-二氯苯甲酰胺（BAM）是几种苯甲酰胺类除草剂的主要持久性降解产物，对地下水质量和饮用水安全构成长期威胁，需要连续和灵敏的监测以遵守严格的监管限值，如欧盟饮用水阈值0.1 μg/L。开发了一种基于竞争免疫测定原理的微流控电流免疫传感器，用于连续检测地下水中的除草剂2,6-二氯苯甲酰胺（BAM）。该模块化平台集成了免疫反应芯片和检测单元，并包含微流控注射分析功能。固定的免疫试剂表现出优异的长期稳定性和可再生性，支持多个测定循环。传感器提供的检测范围覆盖了欧盟饮用水阈值，并在非常低的浓度下提供灵敏的信号响应。这项研究突出了微流控免疫传感器用于在线或管线地下水质量监测的潜力，展示了微流控技术的先进特征：高灵敏度、低消耗、易集成和连续操作。草甘膦是世界上使用最广泛的除草剂，引发了人们对其潜在致癌性和环境持久性的严重担忧，使得在水资源中灵敏可靠地检测对公共健康和管理遵从性成为紧迫的优先事项。除了免疫测定-电流法集成，将微流控与表面增强拉曼光谱（SERS）耦合提供了另一种用于农药残留快速、自动定量的高效平台。开发了一种微流控-SERS方法，用于定量检测自来水中的草甘膦及其主要降解产物氨甲基膦酸（AMPA）。微流控系统涵盖了整个分析工作流程，从片上SERS基底合成到样品检测，实现了全自动化并最小化外部处理。该方法根据欧盟指南进行了严格验证，证明了令人满意的灵敏度、重现性和回收率。总体而言，集成免疫测定和SERS的微流控平台为除草剂残留分析提供了高灵敏度和高选择性的策略。免疫传感器系统特别适用于连续和在线监测，而SERS集成平台提供了快速、高灵敏度的检测，样品消耗最少。然而，在实际环境监测应用中，仍需改进长期稳定性、基质耐受性和现场便携性。

　　多菌灵和噻苯达唑是两种广泛使用的苯并咪唑类杀菌剂，由于其潜在的致癌性和内分泌干扰作用引起了严重的健康问题，使得在食品和环境样品中灵敏和同时检测对公共健康保护至关重要。纸基微流控（μPADs）由于其低成本、便携性、生物可降解性以及易于与智能手机读数的集成，已成为需求点测试的一个变革性平台。Zhang及其同事开发了一种双模式纳米酶印迹荧光μPAD传感器。该传感器将过氧化物酶模拟分子印迹纳米酶集成到纸芯片的双通道中，实现比率荧光检测。通过智能手机成像结合人工智能图像处理实现实时分析。这项工作说明了将纸微流控与人工智能集成用于快速、灵敏和现场农药检测的潜力。苯并烯氟菌唑（BENZO）是一种广谱琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI）杀菌剂，与土壤和水中的高持久性以及对非靶标生物的潜在毒性有关，使得对其残留进行快速和现场监测对环境安全和食品质量控制至关重要。此外，3D打印与电化学相结合为制造微流控装置提供了一种灵活、经济高效且可扩展的方法。Lucca的研究小组开发了一种3D打印微流控螺纹基电化学检测平台，用于杀菌剂BENZO。该装置集成了由导电和非导电灯丝打印的三电极系统，实现了大规模、可重复制造。该平台对目标分析物显示出线性响应，并且从非法样品筛查中获得的结果与标准色谱分析高度一致。这些发现证明了3D打印微流控平台在法医学和现场应用中用于快速、现场农药检测的潜力。总体而言，纸基微流控装置和3D打印电化学平台为杀菌剂残留检测提供了快速、便携和经济高效的解决方案。纸基传感器因其简单性和低制造成本对现场筛选特别有吸引力，而电化学平台通常提供更高的分析灵敏度和定量能力。未来的发展应侧重于改进多重检测、长期稳定性和在复杂农业样品中的稳健性。

　　甲萘威是一种广谱氨基甲酸酯类杀虫剂，广泛用于水果、蔬菜和谷物中的害虫防治。由于其神经毒性和在农产品中的持久性，灵敏和现场检测甲萘威残留对食品安全监测至关重要。Wang及其同事开发了一种微流控螺纹分析装置（μTAD），结合数字图像比色法用于食品中的甲萘威检测。该方法集成了泡腾辅助液相微萃取和片上比色反应，使用固定的重氮盐试剂，产生有色产物，通过智能手机成像捕获和分析。这种方法为现场农药残留检测提供了低成本、便携和用户友好的平台，展示了螺纹基微流控在食品安全监测中的潜力。啶虫脒是一种广泛使用的烟碱类杀虫剂，引发了对其潜在神经毒性和环境持久性的担忧，使得快速可靠检测对食品安全和法规遵从性至关重要。微流控芯片与磁性固相萃取（MSPE）和HPLC的集成为农药分析提供了高灵敏度和环境友好的途径。开发了一种蛇形通道MSPE平台用于快速啶虫脒检测，采用动态控制的适体功能化磁性吸附剂。蛇形设计通过混沌平流增强了混合，加速了目标捕获。适体通过亲和偶联固定，并在不使用有机溶剂的情况下实现温和洗脱。与HPLC结合，该平台提供了可与标准方法相媲美的性能，为食品安全监测提供了可持续和绿色的解决方案。有机磷酸盐是最急性毒性的农药类别之一，即使在痕量水平也对人类健康和生态系统构成严重风险，需要快速和灵敏的现场监测。微流控与光学（UV-Vis、荧光、SERS）、电化学或质谱检测集成，能够在食品和环境样品中快速、灵敏和高通量分析痕量农药残留。Sanket G.及其同事开发了一种微流控辅助化学发光（CL）“样品点测试”（PoST）装置，用于现场有机磷酸盐检测。集成系统包括储液器、高分辨率相机和开源软件，自动化了样品加载、检测和分析。使用马拉硫磷作为模型农药，该装置在0.1–10 ppm范围内表现出线 ppm，并在苹果、柑橘和番茄样品中展示了可靠性能。比色微流控装置与电子和物联网组件集成提供了另一种快速、现场的解决方案。Deepak的研究小组开发了一种便携式微流控比色平台用于有机磷酸盐检测，结合了分割重组和螺旋微混合器以实现有效的钼基显色。该装置配备了LED-PD检测、跨阻放大器、微控制器和滤波电路，实现了对马拉硫磷、毒死蜱和其他有机磷酸盐的检测限低于国际最大残留限量（MRLs），展示了在水果和蔬菜中的快速、非破坏性监测。总体而言，集成智能手机辅助分析、磁性固相萃取、色谱技术、化学发光和比色检测的微流控传感平台为杀虫剂残留分析提供了多功能解决方案。这些方法将高灵敏度与微型化和便携性结合起来，使其成为快速现场监测的有希望的候选者。然而，简化样品预处理、改善复杂农业基质中的抗干扰性能以及实现多重检测仍然是未来实际部署的重要挑战。

　　微流控技术已成为一个重塑农用化学品开发多个阶段的通用平台，包括连续流农药合成、纳米农药工程和农药残留检测。通过实现在微尺度上对流体的精确操控，微流控系统在反应可控性、热量和质量传递、配方均匀性、试剂消耗和分析灵敏度方面提供了比传统方法显著的优势。展望未来，未来的研究应更加重视面向应用的微流控平台，以满足农用化学品行业的实际需求。对于农药合成，集成自动反应优化和机器学习的高通量微流控平台可以极大地加速更绿色合成路线的发现和工艺优化。在纳米农药工程中，连续微流控制造与实时过程监控相结合有望改善配方一致性并促进可扩展生产。对于农药残留分析，集成智能手机、人工智能和无线通信技术的便携式微流控装置有望实现对农产品和环境样品中多种农药残留的快速现场检测。此外，器官芯片和植物芯片系统可能为在生理相关条件下评估农药功效、植物毒性和环境安全性提供有希望的替代方案。尽管取得了这些令人鼓舞的进展，但在农药化学中微流控技术的广泛工业采用之前，仍然存在几个挑战。当前的局限性包括相对较低的生产吞吐量、制造成本、芯片材料的长期化学稳定性和溶剂兼容性、连续操作期间的通道污染，以及复杂农业基质引起的分析干扰。此外，对可持续性和经济可行性的标准化评估仍然很少。未来的研究应纳入生命周期评估（LCA）、技术经济分析（TEA）、碳足迹评估和绿色化学指标，以提供对微流控农用化学品技术实际效益的更全面评估。微流控农用化学品技术的商业化还需要标准化的制造协议、稳健的质量控制和遵守农业监管要求。通过微流控、材料科学、农用化学品工程和智能制造之间的跨学科合作来解决这些挑战，对于将实验室规模的创新转化为实际的工业应用至关重要。随着技术的持续发展，微流控有望成为下一代绿色、智能和可持续农用化学品开发的关键使能技术。