微流控芯片液滴作為一種全新的技術，可應用于研究微尺寸上的反應及其過程，其具有以下優點：（1）體積小：將分析樣品根據實驗需求分割為微液珠，每個微液珠即為一個獨立的微反應器。液滴尺寸小，所需樣品量極微，不但避免了試劑浪費，而且可以對單個微反應器進行連續研究，特別適用于高通量篩選反應和樣品來源極有限的反應。（2）樣品無擴散：樣品溶液被不相容的油包圍，保持了樣片濃度的穩定。（3）反應條件穩定：液滴內反應條件幾乎不受外界影響。（4）樣品間的交叉污染得以避免：每個液滴都被不相容的油相包裹，液滴與通道壁不直接接觸，相鄰液滴被油相分隔，且所有的液滴隨油相一起運動，避免了相鄰液滴間的物質交換，消除了樣品間的污染。（5）混合迅速：在微納米級的微通道中，由于雷諾系數小，微通道內流體一般形成層流，混合主要靠分子擴散。液滴在通道中運動時，在液滴內部將以運動方向為軸，形成兩個循環回流。因此混合速度很快，一般只需數秒甚至數微秒便可以實現快速均勻的混合。基于以上優點，微流控液珠系統被廣泛應用于不同領域，包括微反應器、功能性液珠、固體顆粒制備、光學單元等。

蛋白質結構解析是結構生物學的基礎，得到所需蛋白的單質結晶是確定整個蛋白質結構的一個主要瓶頸。芝加哥大學的Ismagilov研究組提出了一種芯片中高效簡單的蛋白質單晶條件篩選新方法。他們在“T”形管道芯片中的節點處控制產生微液滴，形成一個個單獨分散的微反應器，并在下游直接由X 射線衍射出微液滴中蛋白單晶的衍射圖，從而最終確定蛋白質分子的結構。通過控制各個分支管道中的流量，可以精確地控制蛋白和共沉淀劑的比例。

微流控液滴技術有可能成為高通量，甚至超高通量篩選的主流平臺。美國哈佛大學的Weitza研究組構建了一套基于微流控芯片液滴技術的超高通量篩選平臺。該研究將分散在油相中的液滴作為納升級反應器，每秒鐘可篩選上千個反應，利用這一系統進行酶的定向進化篩選，篩選出的突變型辣根過氧化酶的催化速度較其親代酶高10余倍。首先對約107個原始樣本進行超高通量的初篩，得到大約100個活性較高的突變型辣根過氧化酶。通過第二輪更嚴格的篩選，得到了更高效的突變型辣根過氧化酶。他們僅僅用了10h完成了對108個酶反應的篩選，總試劑消耗量小于150 μL。與現有技術相比，該方法的篩選速度提高了1000倍，而費用只是現有技術的100萬分之一。

微流控液滴技術用于生物學研究。秀麗隱桿線蟲是一種重要的模式生物，傳統線蟲研究通常采用手工操作，通量低、耗時長，難以實現對單個線蟲的精確操控。液滴特有的微尺寸特征與線蟲大小相匹配，加之芯片靈活設計和規模集成的特點，非常適合以線蟲為對象進行高通量個體生物學研究。大連化學物理研究所等以芯片上納升級高通量液滴作為平臺，以模式生物線蟲帕金森病藥理學模型為對象，建立了一種基于液滴微流控技術的模式生物藥物篩選系統，用于研究神經毒素誘導線蟲產生的運動、神經元變性和氧化應激等多種行為。該研究設計了一種多層微流控芯片，集成有液滴生成器、液滴捕獲陣列和楔形通道陣列等結構，可以把單一線蟲從群體中隔離出來，并逐一實現單個線蟲液滴包裹、運動行為監測、線蟲固定以及熒光成像等多個操作步驟。

微流控液滴技術用于液相色譜柱后的樣品收集及離線質譜檢測。美國密西根大學的Li等利用芯片微通道兩相液體中的油相（如全氟萘烷）連續流分割內徑為75 μm色譜柱的水相流出物并形成液滴，實現了毛細管液相色譜柱后納升級樣品片段的收集。他們把依此形成的液滴存貯在管內，并通過微泵灌入納米噴霧發生器的尖端，再經電噴霧電離質譜（ESI-MS）實現樣品的表征。這種方法允許在分析過程中改變通道內液體流速，尤其是可通過降低流速來延長對選定片段的MS分析時間，提高結果的置信程度，樣品的分析速率超過2Hz。