《Microchemical Journal》：Miniaturized and portable chromatographic platforms: integrating microfabrication, chemometrics, and greenness for next-generation analytical performance
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微型化便携色谱平台通过约束感知的系统工程优化性能，减少溶剂消耗和能源需求，但面临非线性惩罚问题，需多变量优化。微流控、数字控制等技术推动其发展，但转化受限于可重复性、法规和成本。
埃里卡·阿尔维斯（Erica Alves）|古鲁帕德亚·班尼马特（Gurupadayya Bannimath）|普拉比塔·普拉巴卡兰（Prabitha Prabhakaran）
印度迈索尔JSS高等教育与研究学院JSS药学院药物化学系
摘要
微型化和便携式色谱平台通过将性能优化从几何尺度扩展转向基于约束条件的系统工程，正在重塑分离科学。微尺度和纳米尺度液相色谱、毛细管电泳以及微气相色谱技术的进步表明，可以在不牺牲分析精度的情况下大幅减少溶剂消耗、能源需求和废物产生。然而，微型化同时也引入了与压力耐受性、热稳定性、电迁移控制以及柱外分散相关的非线性问题，这使得微型化成为一个多变量优化挑战，而不仅仅是简单的尺寸缩小过程。
微制造、纳升级注射技术、紧凑型检测装置以及数字辅助控制策略的最新进展，使得在严格物理和能量限制条件下实现低废物操作、提高稳定性和可追溯性能成为可能。尽管取得了这些进展，但从实验室原型向常规分析基础设施的转化仍受到制造变异性、鲁棒性挑战、基于宏观尺度假设的监管框架以及缺乏将可持续性与分析可靠性联系起来的统一指标的制约。
本综述批判性地综合了不同平台的尺度限制、关键技术、便携性驱动的架构以及当代绿色评估框架，将可持续性定位为一个可测量且可通过设计控制的分析参数，而不仅仅是一个事后属性。因此，可持续的微型化不仅仅被视为简单的尺寸缩减，而是智能系统集成的结果——其中物理尺度、数字协调和生命周期责任共同作用，推动色谱技术朝着更加稳健、便携和环保的分析生态系统发展。
章节摘录
引言与范围
现代分离科学日益受到分析目标复杂性增加、快速决策需求以及向分散式和资源高效测量方式转变的限制。传统的液相和气相色谱平台——通常依赖于毫升级别的溶剂消耗、受扩散限制的效率、较高的热能耗以及集中式的实验室基础设施——难以满足痕量级和高通量分析的需求。
微型化色谱平台的特定尺度限制
当特征尺寸接近亚毫米级别时，传统液相色谱（LC）、毛细管电泳（CE）和气相色谱（GC）的尺度假设不再适用。在这种条件下，性能并不会随着尺寸的减小而单调提升；相反，热量产生、流动不均匀性和柱外分散的非线性放大形成了固有的上限，这些限制无法仅通过几何微型化来克服。微型化和便携式色谱系统的关键技术
微型化色谱的性能越来越受到注射、检测、制造和数字控制架构协同缩放的影响。随着操作体积从微升缩小到纳升，柱外分散、信号稀释、时间误差和微观尺度不稳定性成为分析不确定性的主要因素，因此注射器几何形状、检测器物理特性以及实时系统协调成为设计时的首要考虑因素。便携性与现场可部署的色谱架构
向分散式和实时分析的转变使得便携性成为一种架构和化学计量学上的要求，而不仅仅是组件微型化的结果。在便携式色谱系统中，分析性能源于流体处理、分离模块、电源管理和数字控制在内的系统级集成，在严格的物理和能量限制条件下实现。微型化作为通往更环保色谱技术的途径
微型化为实现更环保的色谱技术提供了直接且可量化的路径，通过减少溶剂消耗、废物产生、能源需求以及操作人员暴露风险，应用于微液相色谱（μLC）、纳米液相色谱（nano-LC）、毛细管电泳（CE）和微气相色谱（μGC）等流程中[57],[80],[81],[82],[83]。微型化平台不仅通过尺寸缩放来实现可持续性，还通过限制传输过程和系统级集成来践行绿色分析化学（GAC）的理念。然而，这些优势的实现仍面临可重复性、法规协调性和经济可扩展性等方面的挑战。转化障碍：重复性、法规和成本尽管微型化和便携式色谱技术取得了显著进展，但从学术原型向具有商业和市场竞争力分析基础设施的转化仍受到重复性、法规匹配性和经济可扩展性限制的制约。虽然微液相色谱（μLC）、微毛细管电泳（μCE）和微气相色谱（μGC）平台在受控实验室条件下通常表现出高效率、高灵敏度和大幅降低的溶剂及能源消耗，但这些优势在实际应用中仍面临挑战。
结论与展望
微型化色谱平台已从探索性原型发展成为能够在大幅减少溶剂、能源和材料使用量的同时，提供与台式设备相当的分析精度、正交选择性和痕量灵敏度的可靠系统。正如本综述所展示的，这些成就并非仅仅源于几何尺寸的缩小，而是源于基于约束条件的系统工程，该工程综合考虑了微观尺度传输物理现象和制造公差等因素。作者贡献声明
埃里卡·阿尔维斯（Erica Alves）：撰写综述与编辑、原始稿撰写、方法论设计、数据整理。古鲁帕德亚·班尼马特（Gurupadayya Bannimath）：指导工作、资源调配、概念构思。普拉比塔·普拉巴卡兰（Prabitha Prabhakaran）：指导工作、概念构思。伦理批准与参与同意
不适用。本综述手稿不涉及人类参与者、动物或需要伦理批准的研究。资金支持
本研究得到了印度新德里科学与工业研究委员会（Council of Scientific and Industrial Research, Human Resource Development Group, CSIR-HRDG）的支持（资助编号：111-5634-11759/2023/1，日期：2024年2月19日）。未引用的参考文献
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作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。致谢
我们衷心感谢迈索尔JSS高等教育与研究学院的JSS药学院在完成本综述过程中提供的宝贵支持和资源。
