超臨界二氧化碳
超臨界流體的本質特徵
超臨界流體 (Supercritical fluid, SCF) 是一種物質的流體、相的狀態。所有的物質都有其固、液、氣三相。在液、氣共存的溫度、壓力延長線上會有一個臨界點，當此物質的溫度、壓力超過此一臨界點時，此時這個物質會形成一種非氣、非液的均勻的流體相，就稱為超臨界相，或叫作超臨界流體(如下圖)。其物理性質介於液相與氣相間(如下表)，同時具有類似液體的流動性、密度和溶解度，質傳效果比氣體高許多；而且又兼具有類似氣體的可壓縮性、高擴散性、低黏度和分子運動速度，可增加分子碰撞機率，加快系統中的反應速率。又因為其幾乎無表面張力，因此很容易滲入多孔性組織中，以CO2為例，CO2在氣體狀態下不具萃取能力，但當進入超臨界CO2狀態後，對有機性物質的親和力大幅上升，因而具備溶解有機物的能力，且因其密度接近液體所以具有很好的溶媒特性，使得超臨界CO2容易進入原物料中，並可溶解、攜帶更多的物質成分並將溶質帶出，具有極佳的清潔及萃取效果。再加上可控制系統的溫度、壓力就可以改變超臨界CO2的理化性質，進而控制其對於溶解目標的選擇性，為一優良的溶劑。
超臨界CO2技術平台於生醫材料應用
超臨界CO2是一種受歡迎的、安全有效率的、綠色環保的溶劑，安全、不燃、價格便宜，而且容易取得，算是最常用的超臨界流體。CO2的臨界壓力為72.9atm，臨界溫度只有接近室溫的31.3℃，超過此條件下的CO2即可達到超臨界相。而且在接近臨界點時，小輻度調整壓力或溫度即可導致密度發生很大變化，使得超臨界CO2的許多特性因此可以被控制或調整，其可控制的選擇性，高效率的萃取、快速即時的分離速度，完全無殘留疑慮，非常適合作為萃取溶劑，取代有毒有機溶劑，更適合多元化的應用。亞果生醫率先以此技術應用在動物組織材料的萃取，在接近常溫的條件下，配合溫度、壓力改變CO2的理化特性，以無毒、無殘留的CO2代替有機溶劑或有毒藥劑作為溶劑，對醫材原料加以進行清潔、萃取與滅菌的動作。以此ScCO2製程方法進行生物組織清洗與萃取，特點是可在單一步驟完成萃取、清潔、分離、減菌等多種效果，可保持組織的生物活性，減少生產製作程序破壞材料的原有優良特性，還能幫助將其它製程所殘留的藥劑加以去除乾淨。二氧化碳的相圖(Phase diagram of carbon dioxide)
氣、液、超臨界三相特性比較(Comparison of phase properties)
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Property of State |
Gas |
Supercritical |
Liquid |
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Density, ρ(g/cm3) |
10-3 |
0.3 |
1 |
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Diffusivity, D (cm2/s) |
10-1 |
10-3 |
5×10-6 |
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Viscosity, η(g/cm•s) |
10-4 |
10-4 |
10-2 |