基于CS－30回旋加速器的同位素研制及应用

刘 宁，杨远友，金建南，林如山，曹养书，廖家莉，廖小东

（四川大学 原子核科学技术研究所 辐射物理及技术教育部重点实验室，四川 成都 610064）

同位素技术是核科学与技术的主要支撑技术之一，在国家安全、能源、人口与健康、环境、农业等诸多领域都具有广泛甚至是不可替代的作用。与反应堆生产同位素相比，加速器生产的同位素具有比活度高、半衰期短、一般发射β＋或单能γ射线等特点，因而是制备放射性核素，特别是医用同位素的重要方式。

CS-30回旋加速器是美国TCC公司（The Cyclotron Cor poration）生产的专门用于同位素研制和生产的加速器，其性能稳定、可靠，每周可运行100 h以上。其主要性能指标列于表1。目前对于世界上一些从事医用同位素和放射性药物研究的大学和科研机构，如美国Duke大学、Michigan大学和美国国立卫生研究院（NI H）等，CS-30都是其不可缺少的重要设备。

四川大学核科学技术研究所在教育部211工程和四川大学的大力支持下，于2003年从北京机械工业自动化研究所引进了1台CS-30回旋加速器（该CS-30回旋加速器为美国TCC公司生产）。在加速器的恢复、调试与运行工作中，设计、加工、安装和调试了满足加速器运行要求的冷却水系统，先后成功调出p、d、α束，其束流达到标称的70%～80%，并实现了稳定运行。

表1 CS-30回旋加速器主要性能指标

利用CS-30回旋加速器，已先后研发出109Cd、57Co、211At、98Tc、123I、178Hfm等放射性同位素（表2）。其中，109Cd、57Co、98Tc等核素为本所利用CS-30回旋加速器率先研制。研制的109Cd及其测井源已在大庆油田得到成功应用。

表2 基于CS-30回旋加速器产生的部分放射性同位素

1 109 Cd的制备及应用

1.1 银靶制备

电镀液：80.0 g 亚铁氰化钾、150.0 g硫氰酸钾、60.0 g碳酸钾和18.0 g氢氧化钾以及氯化银沉淀（50 g硝酸银＋18 g氯化钠）煮沸溶解，定容至1 000 mL。电镀条件：电流为90～110 mA；电镀时间为10～12 h。靶重为3.5～4.0 g，密度为194～222 mg／c m2［1］。

1.2 银靶辐照

用150μA氘束（d束）轰击银靶10 h，核反应为109Ag（d，2n）109Cd。

1.3 辐照银靶的放化分离

采用简单的电化学置换反应除银，硝酸和氢溴酸混合酸介质中阴离子交换分离纯化109Cd，制得高纯度无载体的109Cd溶液。核纯度：109Cd＞99.9%，其他γ＜0.1%；化学纯度：Cu＜1μg，Ag、Zn等未检出。

1.4 109 Cd的应用

1）制作109Cd标准溶液、标准源、仪器刻度源等；2）用于环空三相流测井等。

2 57 Co的制备及应用

2.1 镍靶制备

电镀液：210.0 g 硫 酸 镍、21.0 g硼 酸、2.5 mL双氧水溶解于三蒸水中，定容至1 000 mL。电镀条件：电流为160～180 mA；电镀时间为7～8 h。靶重为1.3～1.5 g，密度为72～83 mg／c m2。

2.2 镍靶辐照

用80μA质子束（p束）轰击镍靶2 h，核反应为58Ni（p，2p）57Co。

加拿大从1990年开始在医生执照考试中运用OSCE；1994年美国外校毕业生教育协会开始运用OSCE对外籍医学毕业生进行评鉴 [2]；日本医学生在临床实习前必须通过OSCE（2003年）。目前，美国在医师执照考试第二阶段的临床技能考试中运用OSCE，该考试设有12个考站，考生在每个考站有15分钟的时间接触一位标准化病人（7分钟问诊，8分钟查体），而后在门口的计算机上（或用纸笔）记录病史和体格检查结果，10分钟后交卷，进入下一考站。

2.3 辐照Ni靶的放化分离

将辐照镍靶用9 mol／L的盐酸溶解，溶解液上201×7阴离子交换树脂，用8～10 mol／L的盐酸除去铜、铁、锰和锌等其它杂质，最后用1 mol／L的盐酸淋洗收集57Co。

2.4 57 Co的应用

1）制作穆斯堡尔源；2）制作57Co标准源、仪器刻度源等。

3 98Tc的制备及应用

3.1 钼靶制备

将购买的高纯度的钼板（99.9%）根据加速器靶托的要求加工成符合尺寸的靶片。

3.2 钼靶辐照

两个Mo靶按表3条件辐照。

表3 Mo靶的辐照

3.3 辐照钼靶的放化分离

辐照过的钼靶“冷却”270 d后，采取少量多次加入30% 双氧水的方法溶解，再加10%的氢氧化钠将溶解形成的三氧化钼转换成高钼酸钠，高钼酸钠溶液的碱度维持在10%左右，Mo的溶解量控制在3 g左右［2］。

将上述溶解液上转型后的Dowex-1阴离子交换柱，先用10%的氢氧化钠淋洗，流速控制在约0.5 mL／min，氢氧化钠淋洗体积为1 200～1 300 mL；然后用约100 mL蒸馏水淋洗；再用150～200 mL 2 mol／L的盐酸淋洗；再用100～150 mL 3 mol／L的硝酸淋洗；最后用100～120 mL 7.5 mol／L的硝酸淋洗，得到含98Tc的高锝酸钠溶液。

为了进一步纯化98Tc，将浓缩后的高锝酸钠溶液转为10%的氢氧化钠溶液后，再上Do wex-1阴离子交换柱，重复上述步骤一遍，最终得到高纯度的含98Tc的高锝酸钠溶液。

含98Tc的高锝酸钠溶液赶去硝酸后，再逐滴加入盐酸赶去残余的硝酸，最后加入2 mL蒸馏水溶解，得到含98Tc的高锝酸钠溶液。

3.4 98Tc的应用

98Tc可用于核试验数据的再分析及核素迁移研究，也可用于仪器的刻度分析。

4 211 At的制备及应用

4.1 铋靶制备

电镀液：209.0 g铋粉用适量9 mol／L硝酸溶解，用三蒸水定容至1 000 mL，控制酸度在约2 mol／L。电镀条件：电流为120～160 mA；电镀时间为5～6 h。靶重为1.8～2.2 g，密度为100～122 mg／c m2。

4.2 铋靶辐照

用15～20μA的α束轰击铋靶2 h，核反应为209Bi（α，2n）211At。

4.3 辐照铋靶的放化分离

通过自制的高温干法蒸馏器分离211At。将辐照铋靶用700～750℃蒸馏，蒸馏出的211At用混合气流（V（O2）∶V（N2）＝1∶1）载带到硅胶吸附柱上，吸附柱上的211At用p H 9.0的氢氧化钠淋洗，得到（200±30）MBq 的211At，其211Po／211At小于 10－8［3－5］。

4.4 211 At标记化合物的合成及其生物学评价

基于211At的物理化学性质，进行一些211At标记化合物的合成，并对其生物学性质进行了评价［6－8］。主要有：1）通过适宜的合成方法合成了N－琥珀酰亚胺5-（三正丁基锡）-3-吡啶甲酸酯（SPC）、N-琥珀酰亚胺-3-三正丁基锡－苯甲酸酯（ATE）和2，3，5，6-四氟苯酚3-（巢状碳硼烷）丙酸酯（TCP）等三种双功能偶联剂，分别进行了211At标记耦联牛血清白蛋白（BSA）的研究，并评价了标记物在体内外的稳定性。结果表明，三者的标记、耦联都大致相同，只在标记率和耦联率方面略有差异。通过三种不同耦联剂制得的标记物在体内外都具有较高的稳定性。除211At-TCP-BSA在体内的稳定性略高于211At-SAPCBSA和211At-ATE-BSA 外，其他无显著差异。2）利用骨骼体系对胺基膦酸类化合物具有高亲和性的特点，通过SPC双功能耦联剂进行了211At的合成及其生物学性能评价，并与99Tcm－MDP进行了比较。结果表明，211At-SAPC-ABP（3-氨-1-羟 丙 基-1，1-二 膦 酸 盐）和99Tcm-MDP（亚甲基二膦酸盐）都对小鼠骨骼具有明显的亲和性。在所考察的所有时间点，211At-SAPCABP在小鼠骨骼的摄取都远高于游离At在骨骼的摄取，6 h时即可达23.70%ID／g。此外，标记物在骨骼的滞留时间较长，在24 h后其在骨骼的摄取依然有21.70%ID／g。该结果提示，将211At标记的胺基膦酸类化合物用于骨肿瘤治疗是可行的。

5 123I的制备及应用

5.1 锑靶制备

采用化学镀法制备锑靶。化学镀条件为：电镀液：182.5 g柠檬酸、10 g三氧化二锑和35 g氢氧化钠溶解在500 mL蒸馏水中；电镀条件：电流为85～100 mA；电镀时间为10～12 h。所制得的锑靶质量为1.1～1.2 g，密度为61～67 mg／c m2。

5.2 锑靶辐照

在CS-30回旋加速器上，用26 Me V的α粒子束对锑靶进行轰击，束流强度为15μA，照射时间为2～3 h，核反应为121Sb（α，2n）123I。

5.3 辐照锑靶的放化分离

采用干蒸方法进行分离。蒸馏温度：650～700℃，用硅胶吸附123I，用0.1 mol／L氢氧化钠淋洗，得到296～370 MBq的123I，实际产额为9.87～12.32 MBq／（μA·h）［9－11］。

5.4 123I的应用

由于蛋白质或多肽中含有多个酪氨酸基团，可用放射性核素123I直接进行标记用于临床诊断研究。其标记条件为：在生理盐水中，室温下用NBS（溴代琥珀酰亚胺）作氧化剂。标记在3～5 min完成，标记率为90%～95%；采用Sephadex-G50对标记产物进行分离纯化。

6 加速器后续核素的研究

今后将在完善上述核素制备及应用基础上，逐步研究开发62Zn（62Zn－62Cu）、64Cu、67Cu、67Ga、18F、201Tl、67Ga和111In等核素及其应用，推进加速器生产核素在西部特别是四川地区的应用和发展。

［1］ 崔海平，王刚，张汉文，等.CYCLONE-30质子回旋加速器的靶系统及生产用靶的制备［J］.原子能科学技术，1996，30（1）：46-50.

［2］ Muddukrishna SN，Narasimnan DVS，Desai CN.A novel technique for the separation of metastable technetiu m-99 fro m molybdenu m-99［J］.J Radioanal Nucl Chem，1990，140（1）：153-157.

［3］ Zona C，Bonardi ML，Groppi F，et al.Wet-chemistry method for the separation of no-carrier-added At-211／Po-211g fro m Bi-209 target irradiated by alpha-beam in cyclotron［J］.J Radioanal Nucl Chem，2008，276（3）：819-824.

［4］ Nayak D，Lahiri S.Extraction separation of nocarrier-added astatine from bismuth target［J］.Radiochi mica Acta，2003，91（3）：159-161.

［5］ Lindegren S，Back T，Jensen HJ.Dry distillation of astatine-211 fro m irradiated bis muth targets：a ti me saving procedure with high recovery yields［J］.Appl Radiat Isot，2001，55：157-160.

［6］ Liu N，Yang YY，Zan LB，et al.Astatine-211 labeling of insulin：Synthesis and preli minary evaluation in vivo and in vitr o ［J］.J Radioanal Nucl Chem，2007，272（1）：85-90.

［7］ Yang YY，Lin RS，Liu N，et al.Astatine-211 labeling of protein using TCP as a bi-f unctional linker：synthesis and preli minary evaluation in vivo and in vitro［J］.J Radioanal Nucl Chem，2011，288（1）：71-77.

［8］ Yang YY，Liu N，Liao JL，et al.Preparation and Preli minary Evaluation of211At Labeled Amidobisphophonates［J］.J Radioanal Nucl Chem，2010，283：329-335.

［9］ Pinbor g L H，Videbaek C，Ziebell M，et al.［123I］epidepride binding to cerebellar dopamine D2／D3 receptors is displaceable：i mplications for the use of cerebellu m as a reference region［J］.Neuroi mage，2007，34：1 450-1 453.

［10］罗成，宋学光，毕素欣，等.123I的制备及其快速标记［J］.核化学与放射化学，1983，5（3）：224-232.

［11］李永键，沈德群，樊法生，等.天然锑靶干法生产放射性药物Na123I注射液［J］.核技术，1983，3：31-34.