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放射性药物钼-99的故事

2022-01-14 17:12     来源:金钼集团     钼-99放射性药品
钼在现代社会中发挥着必不可少的作用,通常用于生产不锈钢、合金钢和铸铁、超级合金、钼金属和合金以及钼化学品等。添加钼,可提高钢和铸铁的强度、韧性、淬透性和焊接性;增强不锈钢和超级合金的耐腐蚀性能和高温性能。钼的最终应用领域十分广泛,涵盖化工、油气工业、建筑结构、机械工程、汽车工业、船舶海洋工程、食品加工、消费品、电子产品、制药行业、医疗设备、水工业、能源发电……

原子是由原子核和环绕周围的带负电荷的电子构成,原子核由带有正电荷的质子和不带电的中子组成。在一个中性的原子中,电子和质子的数量相同。但同一元素的原子可以有不同数量的中子,成为该元素的同位素。钼具有 33 种同位素,其中6种呈现稳定的结构和性质,27种具有放射性衰变性质。

应 用

钼-99(99Mo) 是唯一可以用于医疗诊断的Mo放射性同位素,具有42个质子和57个中子。99Mo的半衰期约为2.75天,半衰期后,99 Mo 衰变为 Tc(锝)元素的亚稳态同位素锝-99m(99m Tc)。99 Mo 的半衰期非常理想,这个时间不但保证了Mo原子在原料地到医疗场所的运输过程具有足够的稳定性,而且保证了它的放射性可以在短时间内激活。如果半衰期过短,在运输过程中,Mo原子可能产生放射性辐射的危险;如果半衰期过长,将影响医疗诊断的准确性和效率。在医疗诊断过程中,99m Tc在6 h内即可衰变,放射出 140 keV 的γ-射线(与 X-射线发出的能量相当),进而采用标准伽马摄像机检测到这些γ-射线辐射轨迹。如此短的半衰期意味着医疗诊断过程可以快速开展,并且辐射可以迅速离开患者体内。99m Tc 可混入不同的药剂中,患者服用这些药剂后,99m Tc 沉积在心脏、头部、肾脏等身体的不同部位,在衰变过程中,99m Tc 发出的γ-射线将给出检测部位的图像。因此,99m Tc是医疗领域应用最为广泛的同位素,仅美国每天使用99m Tc的医疗诊断就达55000多起。


技术发展
SPECT扫描仪检测衰变的99m Tc发射出的伽马射线
 
99m Tc 检查血液供应情况的造影图
制备方法

目前,99Mo 的制备存在很大的困难。传统的反应堆多采用高浓缩( HEU,武器级) 铀制造99 Mo,因此各国政府和机构正在致力于寻找一种新的替代生产方法,以减少高浓缩铀的使用和铀扩散的危险。

2013年奥巴马总统签署法案,提供联邦拨款鼓励美国公司开发替代技术,生产关键的99Mo。SHINE医疗技术公司推出全新技术,采用粒子加速器从低浓度浓缩铀靶生产99Mo。2016年,该项目获得核管理委员会(NRC)的批准,这是自1985年以来首个获批项目。公司预计这套设备每周可以生产5万剂量的99Mo。

SHINE附近的北极星医用放射性同位素公司,正在开发两个99Mo生产工艺,项目获得5000万美元的联邦拨款。其一是中子俘获技术,即在现有的研究堆中照射钼靶,得到从98Mo同位素产生的99Mo,98Mo在天然存在的钼中占24%。公司对这项技术充满信心,美国食品药品管理局已经批准用该方法从被辐照材料中提取99Mo。

北极星的第二个项目是利用电子加速器从100Mo同位素靶产生99Mo,但是这个项目尚未获得NRC的初步批准。加拿大非赢利组织 PIPE (Prairie 同位素生产机构)也在开发类似的方法。相对于采用铀靶的技术,该方法的优势是不产生核废物。

另外两个加拿大机构--由加拿大粒子加速器中心TRIUMF牵头CycloMed99和高级回旋加速器系统公司(一家回旋加速器生产商,以前生产其它医用同位素),正在开发另一项技术,利用医院回旋加速器产生的质子束,直接从富含100Mo的钼靶产生99m Tc。两家公司目前都还没有进入商业性研发阶段,但因为他们的技术围绕现有设备设计的,所以,研发道路上的障碍可能会少一些。与电子加速器方法一样,这项技术也不产生核废物。

除此之外,BWX 技术公司最近宣布利用中子俘获生产99Mo,他们俘获中子的方法正在申请专利。该公司的前身Babcook-Wilcox公司,有多年建造商用和舰艇核反应堆的经验,不过,他们没有更多地透露99Mo的生产工艺。他们已经收购了加拿大公司Nordion,后者拥有从99Mo中提取99m Tc的工艺技术,因此,他们是不容小觑的竞争者。

 
生产99Mo和提取99m Tc(锝)的传统工艺和新技术
前途未卜


鉴于99Mo对于现代医学的重要性,为了解决供应难题,许多想法和计划正在酝酿之中。虽然没有一个项目能保证快速奏效,但是,研究出新方法、开发出新供应能力的可能性在增大。目前,世界仍然依赖分散在全球的七个核反应堆,99Mo的最终解决方案尚需时日。
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