Реферат: Способы получения радионуклидов для ядерной медицины

--PAGE_BREAK---5- Генераторы
Началом истории применения генераторных систем в медицине принято считать 20-е годы нашего века. Всего было предложено около 118 таких систем, но только немногие из них применяются в клинической практике.

Радиофармацевтическая промышленность практически всех промышленно развитых стран использует молибден-99 для изготовления радионуклидных генераторов 99mTc, который применяется почти в 80% всех диагностических процедур ядерной медицины. В конце 80-х годов мировой объем выручки от продажи этого генератора составил 100 млн. $/год. Технология производства генераторов 99mTc развивается сразу по 3 направлениям: хроматография на колонке. Сублимация и жидкостная экстракция.

 Приведем некоторые радионуклиды применяемые для генераторных систем.


Таблица 2
Радионуклиды для генераторных систем.





Напомним, что лишь немногие из этих систем используются в медицинской практике.

-6-
Генератор
Y-
90

ЭКСТРАКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР 90Y

90Y – был  одним из первых радионуклидов, используемых для терапии открытыми источниками. В настоящее время более чем 30 радионуклидов используется для этой цели, но интерес к 90Y по-прежнему не убывает. Это обусловлено его удобными ядерными физическими свойствами: период полураспада 64,2 часа и максимальная b— энергия 2,27 МэВ. 90Y используется для различных терапевтических целей, включая радиоиммунотерапию с мечеными антителами, лечение опухолей печени и ревматоидного артрита.

В течение последних 12 лет Институт биофизики производит и поставляет по специальному заказу коллоидные радиофармпрепараты 90Y для терапии неоперабельных и больных краниофарингитом.

Этот радионуклид получается в процессе распада продукта деления 90Sr. Основной проблемой безопасного клинического использования 90Y является его полное отделение от 90Sr, 90Sr может вызывать депрессию костного мозга накапливаясь в скелете. Кроме того, как и в других случаях получения радионуклидов для медицинских целей, имеются строгие требования к количеству химических примесей, которые могут подавлять процесс лечения.           Невозможно получить конечный продукт с такими строгими требованиями в одну стадию. Поэтому технология отделения 90Y от 90Sr включает несколько стадий разделения и очистки. Wire and comp. (1990) кратко описывают применение различных многостадийных систем для производства 90Y высокого качества для применения в медицине. Каждый из этих методов имеет собственные ограничения. Так  использование органических ионообменников ограничивается низкой радиационной стабильностью сорбента. Применение метода соосаждения требует добавления носителя (нерадиоактивногоY). Авторы описывают технологию получения больших количеств 90 Y(около 50 Ки за операцию), используя экстракцию 90Yиз 90Sr c последующей дополнительной очисткой конечного продукта на ионообменных сорбентах. Экстракция  90Y осуществляется 1,0 М раствором Д2ЭГФК в додекане из 0,1 М раствора соляной кислоты, содержащего 90Sr. Затем экстракт трижды промывают равными объемами 0,1 М раствора соляной кислоты для удаления следов 90Sr. 90Yреэкстрагируется двумя порциями 6,0 М НСl при соотношении фаз 1:1. После реэкстракции водная фаза испаряется и осадок растворяется в 0,1 М НСl. Затем 90Yснова экстрагируется 1,0 М раствором Д2ЭГФК в додекане и4 раза промывается 0,1 М НСl. Две порции по 30мл. 9 М НСl используется для второй реэкстракции. Полученный водный раствор 90Y пропускается через анионо-обменный сорбент для удаления примесей. Элюат испаряется, растворяется в 0,1 М НСl и пропускается через колонку с катионо-обменным сорбентом для удаления органических примесей и фосфатов. Элюат и промывные растворы (НСl) объеденяются вместе, испаряютися до суха и растворяются для получения конечного продукта в соответствии с требованиями потребителя. Выше описанный метод регулярно исплользуется с1987 г. в Окриджской Национальной Лаборатории. Обычно получают от 5 до15 Ки 90Y в 10 мл. 0,1 М НСl. Примесь 90Sr в конечном продукте не превышает 0,015 %, а общее количество примесей тяжелых металлов меньше чем 20 ppm.

Экстракция фосфороорганическими экстрагентами, особенно Д2ЭГФК считается наиболие эффективным методом выделения 90Y. Коэффициент разделения может быть  106

В 70-80 г. г. Малинин использовал экстракционно-хроматографический метод для разделения 90Y — 90Sr. Тефлон, пропитанный Д2ЭГФК, используется как сорбент. Вследствие различных коэффициентов распределения радиоактивный Yполностью отделяется от Srс помощью маленьких обьемов экстрагентов и концентрируется в верхнем слое колонки. Коэффициент распределения (Д) составляет около 104  в 0,1 М НCl для более полного удаления следов Sr . Реэкстракция 90Y из колонки осуществляется 6 М НСl. Скорости подачи растворов составляют 1-5 мл/мин. Этот метод разделения не менее 103. Коэффициент разделения может достигать (103)3=109. Когда разделение повторяется еще раз. Из нашего опыта многолетнего использования этого метода мы можем заключить, что коэффициент разделения может быть не менее чем 2,5*1011 , когда очистка повторяется 3 раза, так что содержание 90Srв конечном продукте не превышает4*1010 %. Количество примеси 90Sr в этих экспериментах определялось (после каждой колонки) как прямыми измерениями 90Sr после выдержки образцов до полного распада  90Y Y-90в течении 2-3 месяцев, так и путем добавления 85Sr какg-индикаторана каждой стадии очистки. Метод получения  90Y, описанный выше, был очень простым в работе. Но выход продукта на каждой стадии очистки был равен 60-80%. Поэтому конечный выход как правило составлял 35-40%. Кроме того, общее время выделения составляло 18-20 часов, что приводило к значительным потерям  90Y вследствии распвда.

            Мы решили использовать полупротивоточный центрифужный экстрактор для улучшения разделения. Вышеупомянутая методика обеспечивает наиболее эффективное обеспечение всех рутинных экстракционных операций, таких как выделение, концентрирование и разделение с наименьшим количеством экстрвкционных стадий.



Характеристические особенности полупротивоточного метода экстракции.




            Этот метод заклучается в непрерывной подаче экстрагента в исходный водный раствор, содержащий компоненты, которые должны быть экстрагированы. Проходя через смешанную камеру и сепаратор ( см. рис.1) экстрагент экстрагирует последовательно компоненты смеси в соответствии с уменьшением их коэффициентов распределения (Д2, Д1). Органическая фаза может промываться таким же образом, но в током случае менее экстрагируемый компонент вымывается первым (1/Д1,1/Д2). Оба процесса могут быть описаны следующими уравнениями:

               W
Д
2


s
ag  
=C/C0 =exp(-——————)         (1)

              V0 (1+rag*
Д
2
)
    продолжение
--PAGE_BREAK--

Промывка
                                                                           V*1/Д
1


                                    
s

= с
/c0= exp ( — ———————— )          (2)

                                                                     
W0(1+r0*1/
Д
1
)   

Где:s
ag,
,
s
– относительные концентрации экстрагируемых или промываемых компонентов в водной (в случае экстракции) и в органической ( в случае промывки) фазах;

С,C
0
 — исходная и конечная концентрации экстрагируемых компонентов;

с
,
c0  — исходная и конечная концентрации промываемого компонента;

Д
1
, Д
2– коэффициенты распределения;

W– скоростьподачи экстрагента;

W0– исходный объем экстрагента;

V0— исходный объем водной фазы;

V– скорость подачи промывного раствора;

rag r0
, -фазовоеотношение в эмульсии при экстракции и промывке соответственно:

rag =W / V0 
;
r0 = V / W0



Рис.1 Первый центрифужный экстрактор генератора
Y-90
(экстракция промывка)





<img width=«392» height=«294» src=«ref-1_629116466-8176.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">

1.      Вращающийся корпус.

2.      Центральная фиксированная трубка для подачи и удаления исходного раствора 90Sr

3.      Трубка для подачи и удаления промывного реагента

4.      Трубка для удаления экстракта.

5.      Экстракционная камера

6.      Промывная камера

7.      Камера удаления экстракта

8.      Камера смешения

9.      Мешалка

10.  Сепаратор экстракционной камеры

11.  Камера смешения

12.  Мешалка

13.  Сепоратор промывной камеры
Рис. 2  Второй центрифужный экстрактор генератора
90
Y (промывка и реэкстракция)



<img width=«408» height=«276» src=«ref-1_629124642-7152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">

1.      Вращающийся корпус

2.      Фиксированная оболочка

3.      Центральная фиксированная трубка для подачи экстракта и промывного раствора и удаления отработанного экстракта

4.      Трубка гидрозатвора

5.      Экстракционная камера

6.      Мешалки

7.и 8. Сепаратор с гидрозатвором

9.      Проход для удаления промывного раствора и реэкстракта

10.  Коллектор для удаления промывного раствора и реэкстракта

11.  Патрубок для удаления промывного раствора и реэкстракта

Основным преимуществом полупротивоточного экстрактора является то, что наименее экстрагируемый  или промываемый компонент  может быть отделен с любой частотой в одну стадию.



Операции:

1.      Экстракция основного продукта.

2.      Промывка экстракта.

3.      Сбор экстракта.

4.      Полупротивоточная промывка от примесей.

5.      Удаление промывного раствора и конечного продукта.


    продолжение
--PAGE_BREAK--Радионуклиды и реагенты


Использовались 0,5 М раствор азотной кислоты, 0,1 М и 6,0 М растворы соляной кислоты.Они были приготовлены  из комерческих химически чистых (chemical grade)реактивов и дважды дионизированной воды. Раствор 90Sr без носителя был поставлен В/О “Изотоп”. Раствор 90Sr был предварительно очищенэкстракцией Д2ЭГФК: он был пропущен через колонку с тефлоном с нанесенной Д2ЭГФК или центрифужный экстрактор после первого контакта с Д2ЭГФК, как будет описано ниже. Растворы85Sr и 88Y, поставленныеВ/О

“Изотоп” были использованы для более точного определения коэффициентов распределения иттрия и стронция в системах HNO3 -Д2ЭГФК и Д2ЭГФК – HCl, а также для определения коэффициента очистки 90Y от  90Sr.
-7-

Выделение и очистка
90
Y




Таблица
3
.


Распределение
90
Y (88
Y) в опытах на центрифужном экстракторе.




Характеристика растворов после каждой стадии разделения

Относительная активность,%

Исходный раствор 90Yв 0,5 М НNО3, 130 мКи

100

Исходный раствор 90Y после экстракции

0,01

Экстракт – 0,25 М Д2ЭГФК в додекане

»100

Экстракт послереэкстракции 90Y

0,75

Промывка 0,1 м НСl

6*10-4

Реэкстракция 6,0 М НСl

98




Распределение
90
Sr (85
Sr)в опытах на центрифужном экстракторе.


Характеристика растворов после каждой стадии разделения

Относительная активность,%

Исходный раствор 90Sr  в 0,5 М НNО3, 120 мКи

100

Исходный раствор 90Y после экстракции

99,99

Экстракт – 0,25 М Д2ЭГФК в додекане

0,01

Экстракт послепромывки 0,5 М НNО3

»1*10­­­­­­­-4

Промывка 0,1 м НСl

»1*10­­­­­­­-7

Реэкстракция 6,0 М НСl

<1*10­­­­­­­-9
    продолжение
--PAGE_BREAK--
 Определение 
90
Y от
 
90
Sr методом полупротивоточного центрифугирования.



Исходная активность  90Sr, мКи. Выход  90Y из  1экстрактора, % Выход  90Y из  2экстрактора, % Примесь 90Sr *109,% Потери 90Y после испарения,% Конечная активность 90Y, мКи.
88,1

99,3

97,8

4,4

9,8

83,1

166,2

98,9

97,7

1,2

13,1

139,6

127,0

96,8

98,3

0,8

8,8

110,2

132,4

94,3

97,2

<0,2

7,5

112,2

265,9

93,6

98,5

7,0

11,4

218,0

121,6

97,0

97,3

<0,2

10,5

192,7



Это средние результаты из 8-12 опытов после загрузки нового раствора 90Sr. Коэффициенты очистки 90Y от 90Sr расчитанные после добавления 85Sr на каждой стадии.

-8-

Генератор Y-90 Высокой радионуклиднои частоты на основе колонки с катионитом.
                Часто для разделения Y-90 и Sr-90 используют генераторные системы. Один из типов генератора представляет собой колонку с катионитом, на котором сорбирован Sr-90. Y-90 вымывают 100 мл. 0.5 % раствора лимонной кислоты с рН=5.5. Выход Y-90 около 98%. Примесь Sr-90 возрастает вследствие радиационного разрушения смолы. В другом варианте генератора колонку заполняют катионитом дауэкс 50*4 и насыщают пиридин-итратным буферным раствором с рН=4. Sr-90 сорбируют на колонке и смывают накопившийся Y-90 мл. такого же буферного раствора. Выход Y-90 95%, примесь Sr-90 меньше 10­­­­­­-4 %. Для более глубокой очистки элюат пропускают через вторую колонку такого же типа. При этом примесь Sr-90 снижается до 10-5 %.

            В работе [11]Sr-90 сорбировали на смоле дауэкс-50W и вымывали Y-90 раствором трилона Б с рН=6-9 и концентрацией 0.5 мг./мл. Выход Y-90 составлял (60-70)%, примесь Sr-90 в элюате »10-4%. В этой работе в качестве сорбента использовали хроматографическую окись алюминия. В колонке было два слоя сорбента активный и защитный. Активный слой приготавливали взбалтыванием окиси алюминия с водно-спиртовым или водно-  .етоновым раствором с рН=5-7, в котором находился Sr-90 без носителя. Сорб.ия стронция происходила количественно. В качестве элюента для Y-90 применяли трибутилфосфат, насыщенный 13 моль/л раствором азотной кислоты. Выход — Y 90 составлял 90%, радионуклидная чистота 99.9%.

            В основу технологии разделения Sr-90 и Y-90 мы положили экстрак.ионно-хроматографический метод, обеспечивающий многократное экстрагирование с помощью растворителя, распределенного тонким слоем на поверхности зерен инертного наполнителя колонки. В качестве такого наполнителя использовали зерна фторопласта-4, а в качестве экстрагента — Д2ЭГФК. Разделение Y и Sr основано на большом различии коэффициентов распределения этих элементов между экстрагентом и слабым солянокислым водным раствором. При кислотности раствора »0.1 моль/л. коэффициент распределения между органической и водной фазами для Y достигает 10 ­­4, а для Sr он составляет лишь около 10-2 .В результате Y концентрируется в тонком верхнем слое колонки, а Sr  практически не экстрагируется, оставаясь в растворе. После промывания колонки 0.1 моль/л. раствором соляной кислоты для удаления следов Sr элюируют Y 90 6 моль/л. раствором соляной кислотой.

             Одна колонка обеспечивает очистку Y в »103раз. При повторении очистки на второй и третей колонках коэффициент очистки составит не менее 109. Эффективность очистки Y-90 от Sr-90 мы проверяли вначале на отдельных колонках. исходный раствор Sr-90 + Y-90 в 0.1 моль/л. НСl пропускали со скоростью 60-70 капель/мин. Y-90 элюировали 60 мл. 6 моль/л. раствора НСl. Количество примеси Sr-90  определяли после распада Y -90 на 4pb-счетчике. Результаты представлены в таблице 6.


    продолжение
--PAGE_BREAK--