Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98

Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиохимии, в частности к способам получения технеция-99m для медицины.

Короткоживущий радионуклид технеций-99m является дочерним продуктом β-распада изотопа ⁹⁹Мо. Для его быстрого отделения от ⁹⁹Мо и последующего медицинского применения чаще всего используются малогабаритные устройства - хроматографические генераторы технеция [например, Патент RU №2171512, опубл. 27.07.2001]. Они представляют собой небольшую хроматографическую колонку, заполненную сорбентом (оксид алюминия Al₂O₃), на которую наносят молибден-99. Все это вместе с подводящими и отводящими иглами-коммуникациями помещается в защитный контейнер и транспортируется в медицинские учреждения, где выделение (элюирование) технеция-99 м из генератора в виде готового препарата для внутривенного введения - натрия пертехнетата, ⁹⁹Тс осуществляют путем прокачки через хроматографическую колонку изотонического 0,9% раствора натрия хлорида (физраствор).

В мировой практике, в том числе и в России, для «зарядки» хроматографических генераторов используется ⁹⁹Мо с высокой удельной активностью, который выделяют из продуктов деления урана-235. При таком способе его наработки образуется большое количество сопутствующих радиоактивных долгоживущих отходов, представляющих высокую экологическую опасность и требующих последующей переработки и утилизации. Альтернативный и, практически, безотходный способ получения ⁹⁹Мо состоит в облучении нейтронами реактора молибденовых мишеней природного состава или обогащенных по молибдену-98, реакция ⁹⁸Мо(n,γ)⁹⁹Мо. При среднем потоке тепловых нейтронов 1⋅10¹⁴ н/см²⋅с из обогащенных мишеней может быть получена удельная активность ⁹⁹Мо 6-8 Ки/г, что, в принципе, достаточно для производства хроматографических генераторов.

Подобная технология в России впервые была реализована на реакторе ИРТ-Т Томского политехнического университета, где для наработки ⁹⁹Мо использовались каналы реактора с высоким содержанием в нейтронном спектре резонансных нейтронов [Ryabchikov A.I, Skuridin V.S., Nesterov E.A., Chibisov E.V., Golovkov V.M.. Obtaining Molybdenum-99 in Research Reactor IR-T With Using Resonance Neutrons // Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res., 2004, В 213, p. 364-368].

В облученных молибденовых мишенях на каждый образовавшийся нуклид ⁹⁹Мо приходится примерно 10⁴-10^-5 атомов стабильного молибдена-98 - носителя. Поэтому для изготовления из такого сырья генератора с высокой активностью выделяемого ^99mTc - 0,5 Ки (18,5 ГБк) и более, на колонку генератора необходимо адсорбировать большую массу молибдена порядка 200 мг.

Количество молибдена, которое может быть нанесено на колонку генератора, определяется произведением сорбционной емкости оксида по молибдену W на его массу m_OX. Увеличение массы оксида в колонке, а следовательно, и ее габаритов, крайне не желательно, поскольку это приводит к увеличению ширины элюационного профиля генератора и, в конечном итоге, к снижению объемной активности препарата технеция-99m.

Кроме того, увеличение колонки требует соответствующего увеличения габаритов защитного контейнера генератора и, как следствие, его массы, что тоже снижает потребительские характеристики изделия.

В этой связи, на практике задача повышения адсорбированной массы молибдена чаще решается за счет подбора подходящего сорбента и его подготовки к адсорбции. Как правило, такая подготовка состоит в кислотной обработке оксидов Al₂O₃, в результате чего происходит активация их поверхности с образованием активных центров адсорбции, на которых в зависимости от рН среды создаются гетерокомплексы с различным количеством атомов молибдена. В известных способах оксиды закисляют в достаточно широких диапазонах рН: от 6 до 1. Например, в способе [Генератор радиоактивных изотопов и способ их получения. // патент US 3833509, МПК G21G 4/08, опубл. 03.09.1974] для активации сорбента через колонку пропускают соляную или азотную кислоту с рН 1,6-1,7, а после - «фиксирующий» раствор уксусной кислоты или ацетата с рН в пределах 2,8-7,0.

По способу, предложенному в работе [Abrashkin S., Heller-Grossman L., Schafferman A., Davis M.A. 99mTc Generators: the Influence of the Radiation Dose on the Elution Yield. // Int. J. Appl. Radiat. Isot. - 1978. - No 29. - P. 395], нейтральный оксид алюминия (фирмы Fluka 507С) промывают 1М и 0,1М растворами соляной кислоты до рН=4. Известен также способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из (n,γ)⁹⁹Мо авторов настоящей заявки [Патент РФ №2276102, опубл. 10.05.2006. Бюл. №13, 2006], в котором оксид алюминия перед его загрузкой в колонки и проведением адсорбции молибдена обрабатывают раствором соляной кислоты и отмывают водой до рН=3 промывных вод. Недостаток способа, также как и всех, приведенных выше аналогов, состоит в том, что он не гарантирует надежного связывания молибдена на сорбенте в силу неопределенности конечного состояния оксида после его обработки кислотой. Задача кислотной подготовки оксида алюминия, обеспечивающей его максимальную сорбционную емкость по молибдену, решается в способе изготовления хроматографического генератора технеция-99m из (n,γ)⁹⁹Мо авторов настоящей заявки, выбранный в качестве прототипа [Патент РФ №2403640, опубл. 10.11.2010, Бюл. №31, 2010], в котором всю партию оксида алюминия перед его загрузкой в колонки обрабатывают предельным количеством кислоты, необходимым для полного прекращения ее взаимодействия с оксидом алюминия. Большим преимуществом подготовленного таким способом оксида является то, что он обеспечивает устойчивую адсорбцию молибдена, препятствующую его «проскоку» в готовый препарат. В тоже время, к недостатку такого оксида следует отнести то, что в случае неполного заполнения молибденом при процессе зарядки всех активных центров оксида, оставшиеся в нем вакантные центры, оказывают «тормозящее» действие на процесс вымывания технеция-99м из генератора. Это, в конечном итоге, приводит к снижению выхода технеция-99м в заданном объеме пропущенного через колонку элюента и к уменьшению объемной активности получаемого препарата, что нежелательно.

Для предотвращения такого эффекта в способе изготовления хроматографического генератора технеция-99m из (n,γ)⁹⁹Мо авторов настоящей заявки [Патент РФ N 2403641, опубл. 10.11.2010, Бюл. 31, 2010] для повышения элюационного выхода ^99mТс предварительно из калибровочной зависимости определяют массу адсорбированного молибдена, обеспечивающую максимальную величину выхода, а затем наносят эту массу на колонку с оксидом алюминия. При этом используется завышенное по массе и по активности количество молибдена, превышающее требуемые расчетные значения для изготовления генератора с заданным номиналом по выделяемому технецию-99m, что не экономично, особенно при изготовлении генераторов с низким номиналом. Следует отметить, что в соответствии с действующими потребительскими стандартами в России производятся генераторы с номиналами: 5,5; 7,4; 11,1 и 18,5 ГБк на установленную дату поставки. Расчетная масса активированного молибдена-99 m_Mо, требуемого для их изготовления, может быть найдена из соотношения:

А_Тс=0,867L⋅m_Mo;

где A_Tc - активность получаемого технеция-99m (номинал);

L - удельная активность используемого (n,γ)⁹⁹Мо, Ки/г;

0,867 - ядерно-физический выход технеция-99m при реакции β-распада молибдена-99.

Таким образом, до настоящего времени остается нерешенной задача получения максимально высокой объемной активности препарата технеция-99м, выделяемого из генераторной колонки с заданной расчетной массой адсорбированного (n,γ)⁹⁹Мо.

Технический результат от предполагаемого изобретения состоит в разработке оптимальной методики проведения зарядки генератора раствором молибдена-99, обеспечивающей высокий элюационный выход технеция-99m в заданном объеме элюента.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. В способе изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98, так же, как и в прототипе, проводят обработку оксида алюминия кислотой до полного прекращения ее взаимодействия с оксидом алюминия, навеску подготовленного оксида алюминия вносят в хроматографическую колонку и затем наносят на него раствор молибдена. В отличие от прототипа, подачу раствора молибдена в колонку производят в направлении снизу вверх, в противоток последующему элюированию технеция-99m.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:

схемы проведения зарядки генераторных колонок с оксидом алюминия раствором молибдена: фиг. 1 - сверху вниз, фиг. 2 - снизу вверх;

фиг. 3 - распределение молибдена в генераторных колонках при прохождении раствора полимолибдата через колонку в направлении сверху вниз (кривая 1) и в направлении снизу-вверх (кривая 2);

фиг. 4 - элюационные кривые генераторов с массой адсорбированного молибдена 0,085 г, заряженных в направлении сверху вниз (кривая 3) и снизу-вверх (кривая 4).

Осуществление заявленного способа рассмотрим на конкретном примере. Навеска хроматографического оксида Al₂O₃ для колоночной хроматографии (0,063-0,200 мм) фирмы «Мерк» массой 20 г была напрямую обработана в отдельном стакане на 250 мл 0,055 М раствором HCl из расчета 4⋅10^-4 моль на 1 г оксида Al₂O₃. Объем раствора составил 144 мл. Контроль за ходом реакции взаимодействия кислоты с оксидом Al₂O₃ от ее начала до полного прекращения осуществляли с помощью рН-метра до достижения величины рН раствора над оксидом Al₂O₃, равной 5. После этого раствор отфильтровали, а оксид Al₂O₃ просушили в шкафу при температуре 110°C в течение 2 ч. Затем навески оксида Al₂O₃ массой по 7,8 г поместили в подготовленные хроматографические колонки №1 и №2 и провели их зарядку, пропустив через оксиды по 2,5 мл радиоактивного раствора полимолибдата,⁹⁹Мо натрия с концентрацией молибдена 0,0328 г/мл (рН=3). При этом зарядка колонки №1 была проведена в направлении сверху вниз (фиг. 1), а колонки №2 - снизу вверх (фиг. 2). После колонки промыли водой по 10 мл и 0,9% раствором NaCl по 15 мл с последующим определением в промывных водах следовых количеств молибдена методом эмиссионного спектрального анализа с использованием многоканального анализатора атомно-эмиссионных спектров МАЭС.

Затем было проведено исследование характера распределения молибдена-99 в объеме обеих колонок путем их сканирования над сцинтилляционным детектором NaI(Tl) с коллимирующим устройством. Регистрация изменения активности ⁹⁹Мо по длине колонки проводилась, начиная от ее входной части с последующим смещением по длине на 5 мм. При этом содержание молибдена на каждом i-м участке колонки рассчитывали из соотношения:

,

где A_i и m_i - активность ⁹⁹Мо и масса молибдена и на i-м участке колонки соответственно; ΣA_i - общая активность молибдена в колонке; m_Mo - общая адсорбированная масса молибдена, которая в обоих случаях была равной 0,085 г. Полученные зависимости распределения молибдена в колонках с «прямой» (сверху вниз) и «обратной» (снизу вверх) зарядкой представлены на фиг. 3. Из них видно, что при «прямой» зарядке колонки (кривая 1) основная масса молибдена более 90% от его введенного количества располагается на участке колонки от 0 до 4 см. При этом участок на выходе колонки длиной 1,5 см практически остается незаполненным. Противоположная картина наблюдается для колонки, заряженной снизу вверх. Здесь молибден располагается, главным образом, в нижней части колонки с существенным снижением его концентрации в верхней, что создает предпосылки для снижения габаритов колонки и, соответственно, габаритов защитного контейнера генератора.

Через 24 ч после зарядки было проведено контрольное элюирование колонок. С этой целью через них пропускали 0,9% раствор NaCl в направлении сверху вниз порциями объемом по 1-1,5 мл с последующим определением в них активности ^99mTc с помощью радиометра РИС-А1 и построением по этим результатам элюационных профилей колонок. Для расчета величины выхода технеция-99m в каждом i-м объеме элюента V_i, прошедшем через колонку, использовали соотношение:

,

где - общая активность ^99mTc, выделенного из колонок при полном элюировании. В обоих случаях ее величина составляла ~17 ГБк.

Полученные в результате элюирования зависимости представлены на фиг. 4. Из них видно, что в случае «прямой» зарядки колонки (кривая 3), величина элюационного выхода достигается при прохождении через колонку 12,5 мл физраствора. При этом в первых трех миллилитрах элюента активность ^99mTc практически отсутствует. В случае «обратной» зарядки 90% технеция-99m выделяется в объеме элюента 6,46 мл.

Сопоставление представленных результатов элюирования показывает, что удельная активность препарата, выделяемого из колонки, заряженной сверху вниз составляет 17/12,5=1,36 ГБк/мл, а из колонки с «обратной» зарядкой 17/6,46=2,63 ГБк/мл, что почти в 2 раза больше.

Анализ содержания следовых количеств молибдена в промывных водах, полученных после проведения зарядки колонок, показал, что в обоих случаях содержание молибдена в этих растворах не превысило 0,1 мкг/мл при норме содержания этой примеси в готовом препарате 0,2 мкг/мл. Это свидетельствует об устойчивой адсорбции молибдена на оксиде алюминия с предельным закислением и подтверждает возможность изготовления генераторов технеция-99m путем проведения зарядки активированным молибденом колонок с таким оксидом в направлении снизу вверх.

Предлагаемый способ позволяет повысить объемную активность препарата технеция-99m и уменьшить габариты хроматографической колонки и самого генератора в целом.

Способ изготовления хроматографического генератора технеция-99m из облученного нейтронами молибдена-98, включающий обработку оксида алюминия кислотой до полного прекращения ее взаимодействия с оксидом алюминия, внесение навески подготовленного оксида алюминия в хроматографическую колонку и нанесение на него раствора молибдена, отличающийся тем, что подачу раствора молибдена в колонку производят в направлении снизу вверх в противоток последующему элюированию технеция-99m.