浅淡碳—14的应用与市场情况

孙志中　陈云明　罗宁　吴建荣　张劲松

【摘 要】14C作为示踪剂，具有方法简单、易于追踪、毒性小、准确性和灵敏性高等特点，广泛地应用在疾病诊断、新药开发、化学、环境保护等领域。本文介绍了14C的应用情况、市场需求和供应情况。中国核动力研究设计院在国内首次建立了14C干法提取制备工艺，制备出了高比活度Ba14CO3产品，打破了国外对高比活度14C核素供应的垄断，可缓解国内14C紧缺状态，带动相关领域发展，具有显著的经济和社会效益。

【关键词】14C；Ba14CO3；疾病诊断；药代动力学；PM2.5

中图分类号： R969.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0240-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.110

Brief Review of Applications and Market Prospects of Carbon-14

SUN Zhi-zhong1，2 CHEN Yun-ming1，2 LUO Ning1，2 WU Jian-rong1，2 ZHANG Jin-song1，2

（1.Nuclear Power Institute of China，Chengdu Sichuan 610005，China；

2.Sichuan Engineering Research Center for Raidoactive Isotope，Chengdu Sichuan 610005，China）

【Abstract】With the characteristics of easiness to use and track，low toxicity，high precision and sensitivity，14C has been widely used as tracer for the diagnosis of diseases，drug development，chemistry，environmental protection etc.In here， we discussed its applications，market demands and supplies.Nuclear Power institute of China for the first time has established the dry extraction process of 14C in China and prepared Ba14CO3 with high specific activity.This broke up the control of 14C radionuclide with high specific activity by foreign monopolies， also， it will alleviate the shortage of 14C in China and promote the development of related fields.All in all，it will have significant positive economic and social effects.

【Key words】14C；Ba14CO3；Disease diagnosis；Pharmacokinetics；PM2.5

0 前言

14C是碳元素的一種放射性同位素，于1940年首次被美国劳伦斯伯克利国家实验室发现，半衰期约5730年，衰变方式为β衰变，射线最大能量156keV。14C半衰期长，射线能量较低，其作为示踪剂，具有方法简单、易于追踪、毒性小、准确性和灵敏性高等特点，在研究物质分布、揭示反应机制、阐明迁移过程、医学临床诊断等方面扮演着重要的角色，已广泛地应用在疾病诊断、新药开发、工业、农业等诸多领域。

1 14C的主要应用

1.1 幽门螺杆菌检测

幽门螺杆菌（Hp）是一种革兰氏阴性菌，主要分布在胃粘膜组织中，可引起多种胃病，包括胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡、非溃疡性消化不良、胃癌等。67%-80%的胃溃疡和95%的十二指肠溃疡是由幽门螺杆菌引起的。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构将幽门螺杆菌列入一类致癌物清单。因此，检测幽门螺杆菌已经成为现代消化道疾病诊断的重要项目。

14C呼气试验（14C-UBT）的原理是当14C标记的尿素胶囊进入胃内时，如果存在Hp，其产生的尿素酶迅速催化14C尿素水解生成氨和14CO2，后者吸收入血液经肺呼出，收集呼气标本并测量14CO2，即可判断Hp感染的存在。14C呼气试验（14C-UBT）以安全、准确、快速、无痛、无创伤、无交叉感染等优点，被国内外专家一致推荐为诊断Hp的金标准，在国内外已被广泛推广应用[1]。

1.2 药代动力学研究

药代动力学是研究药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程及其变化规律的一门科学，在新药研究和临床用药个体化过程中发挥着巨大作用。

14C作为示踪剂用于药代动力学研究具有如下特点：（1）碳是构成有机物的三大重要元素之一，14C标记化合物产品种类多；（2）碳原子半径小，对药物性质影响小；（3）14C射线能量低，毒性小，使用安全简便。所以14C与其他放射性核素进行药代动力学研究相比，具有明显优势，14C标记化合物已经被证实是药代动力学研究中必不可少的工具，在新药开发中发挥着重要作用[2]。

1.3 化学反应机理研究

14C应用于很多复杂的化学反应过程机理研究，是一个极其重要的识别工具。比如：用H2和CO合成烷烃，以14C标记的乙醇混入原料中，结果发现除甲烷外，其他碳链较长的烷烃均含有14C，说明这些烷烃是通过CO和乙醇加成反应生成的[3]。

1.4 环境保护

PM2.5指环境空气中直径小于等于 2.5微米的颗粒物，PM2.5的含量多少和环境污染有密切联系。当前，我国环境保护部门常用PM2.5的数值多少来衡量当地空气的质量，所以PM2.5的检测技术非常重要。β射线吸收法具有自动、连续监测的特点，在大气环境监测中有着广泛应用。14C用于PM2.5检测的基本原理是：将PM2.5收集到滤纸上，当14C释放的β射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减程度与PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减即可计算出PM2.5的含量[4]。

2 市场需求

2.1 幽门螺杆菌检测

据报道，全球50%、中国60%以上的人口感染幽门螺旋杆菌，初步估计仅中国感染人数就约8亿。中国每年接受诊断的人口超过1000万人，目前国内很多单位都已将14C-UBT列入常规体检项目，随着人们生活水平和健康意识的提高，幽门螺杆菌检测人次每年都在快速增长。

2.2 14C标记化合物

14C产业链涉及的单位包括14C前体化合物专业制备与标记公司、研究单位和使用单位等，达300家以上。美国多数小分子药物在I-III期临床阶段，必须有一次使用14C标记做药代动力学试验，几乎所有大的制藥公司都有一个14C标记部门，随着人类基因图谱的测试完成和生物医药技术的快速发展，14C用量将逐年增加。

我国新药研究与开发也已经逐步走上规范化和科学化的轨道，创新药物研发得到快速发展，对14C标记化合物的需求正在逐步增加。近年来，我国药品评审中心公布“药物非临床药代动力学研究技术指导原则”和国家农业部出台的新农药研发政策都推荐和支持14C标记化合物应用于药代动力学研究，国内14C用量也是快速增长。

2.3 PM2.5检测仪

2012年2月，国务院发布《环境空气质量标准》，首次增加了“PM2.5”监测指标。2014年4月，国务院办公厅发布《大气污染防治行动计划实施情况考核办法》，空气质量改善目标完成情况以各地区细颗粒物（PM2.5）或可吸入颗粒物（PM10）年均浓度下降比例作为考核指标。可以看出，国内对PM2.5等超细颗粒物监测的市场需求正大幅提升。“十三五”期间，国家将继续布局PM2.5监测站点，预计PM2.5检测仪市场规模将大幅扩大。

3 14C供应情况

14C的生产通常是以含氮化合物为原料，在反应堆中经热中子辐照后由14N（n，p）14C反应生成放射性核素14C，再经过提取、吸收、化学转化等工序制备出稳定的Ba14CO3固体化合物。全球大部分Ba14CO3曾由加拿大NRU反应堆生产，但自2009年加拿大NRU反应堆因故障中断生产后，市场上出现了14C供应危机，目前只有俄罗斯MAYAK公司的反应堆提供少量Ba14CO3，供应极不稳定，药物研究标记不得不尽量使用3H、32S或13C等来代替，同时靠存货和俄罗斯的小批量供应来维持市场的迫切需求。

短期内全球范围内的Ba14CO3供应危机不会有明显改善。国内深圳市中核海德威生物科技有限公司、无锡贝塔医药科技有限公司、上海启甄环境科技有限公司等多家企业都面临14C紧缺困境，严重影响了相关产业发展。中国核动力研究设计院已经在国内建立了14C干法提取制备工艺， Ba14CO3产品纯度高，比活度大于53Ci/mol，打破了国外对高比活度14C核素供应的垄断，可缓解国内14C紧缺状态，带动疾病诊断、新药研发、科学研究领域发展，具有显著的经济和社会效益。

【参考文献】

[1]Marshall BJ，Surveyor I.Carbon-14 urea breath test for the diagnosis of campylobacter pylori associated gastritis[J].Journal of Nuclear Medicine，1988，29（1）：11-13.

[2]Yihua E.Y，Caroline N.W，Narayana I.N.Absorption， metabolism，and excretion of [14C]ponatinib after a single oral dose in humans[J].Cancer Chemother Pharmacol，2017，79：507-518.

[3]王文珍，程鹏.放射性核素及其应用[J].大学化学，2004，19（2）：32-35.

[4]罗欢.PM2.5现状及其检测技术[J].施工技术，2016，35：238-239.