微流控芯片最初的应用领域是化学，更确切地说是分析化学。微流控芯片的第一批研究工作以芯片毛细管电泳的形式开始的，因此设计大量的DNA分析、蛋白质分析和手性拆分等方面的应用，大体上属于分析化学的范畴。此后一段时间，虽然平台的形式在毛细管电泳的基础上有所扩充，在芯片上出现了更多的分离单元、检测单元和样品处理单元，但是在本职上海是分析化学。因此，在那一段时间里，微流控芯片和微全分析系统的概念被混用。
微流控芯片作为一种分析化学平台的优势包括耗样量低、分析速度快、具有高灵敏和高分辨率，还可以把样品处理、分离、反应等与分析相关的过程集成在一起，大大提高分析的效率。（图b）
微流控芯片在化学上的另一个应用是反应，特别是对于高附加值化学品的合成，以及一些重要的催化反应、控制模拟。有很长一段时间，微流控芯片在合成领域的应用曾经因为它国语微小的体积而遭到忽略，但是现在已有越来越大的人认识到，这一缺陷完全可以通过提高合成反应的通量弥补，此时，微流控芯片作为一种化学合成平台包括传质传热迅速，副产物少，单位时间得率高（图a）等的优势得到显现。这些优势很可能为高附加值化学品，特别是以微纳米粒子为基质的材料生产领域带来革命性的变化。
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