СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОИЗОТОПА I-123 Российский патент 2023 года по МПК G21G1/10 

Область техники

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц.

Одним из наиболее востребованных в настоящее время медицинских диагностических радиоизотопов является ¹²³I. Ядерно-физические характеристики ¹²³I такие, как большой выход фотонов низкой энергии (83%, 159 кэВ), испускаемых после 100% электронного захвата, период полураспада 13,2 часа, делают ¹²³I одним из наиболее перспективных радионуклидов для однофотонной компьютерной томографии. Он находит широкое применение в диагностических исследованиях при заболеваниях щитовидной железы, в нейрологии, кардиологии, онкологии. Преимуществом ¹²³I является небольшая радиационная нагрузка на организм пациентов и высокое качество изображения при проведении диагностических процедур. Эти свойства особенно важны при диагностике заболеваний у пациентов детского возраста.

Уровень техники

Известно два подхода к получению иода-123. Первый подход включает методы, основанные на применении реакций, в которых иод-123 является первичным продуктом. В этих методах иод-123 получают путем облучения мишеней из сурьмы ядрами ⁴Не (³Не) или облучением мишеней с изотопами теллура высокого обогащения протонами (дейтронами). Главным недостатком этих методов является присутствие в целевом радиоизотопе I-123 примеси долгоживущего I-124 (T_1/2=4,15 суток), ухудшающего разрешение получаемого изображения и увеличивающего радиационную нагрузку на пациента.

Второй подход основан на применении реакций, в которых I-123 является вторичным продуктом и нарабатывается в результате распада предшественника ¹²³Хе (Т_1/2=2,08 часа). Этот подход позволяет получать более чистый продукт и может быть реализован, например, по реакциям ¹²⁷I(р,5n)¹²³Хе, ¹²⁷I(d,6n)¹²³Xe, ¹²⁴Хе(γ,n)¹²³Хе, либо методом, основанным на облучения ¹²⁴Хе протонами по реакции ¹²⁴Xe(p,2n)¹²³Cs→¹²³Хе→¹²³I и по реакции ¹²⁴Хе(р,pn)¹²³Хе→¹²³I.

В качестве аналогов для настоящего изобретения следует рассматривать непрямые (через распад ¹²³Хе) способы получения I-123 на газовых мишенях с изотопом ¹²⁴Хе.

Известен способ получения I-123 по реакции ¹²⁴Хе(γ,n)¹²³Хе с последующим распадом ядер ¹²³Хе в ¹²³I (Г.Н. Флеров, Ю.Г. Оганесян, А.Г. Белов, Г.Я. Стародуб «Получение короткоживущего изотопа ¹²³I на микротроне МТ-22», Препринт ОИЯИ №18-85-750, 1985 г. ). Источником "у-квантов являлся пучок электронов микротрона МТ-22 (Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна) с энергией 22-25 МэВ, конвертируемый в "у-излучение при торможении в мишени. В работе использовали мишень из газообразного ксенона природного состава в танталовом цилиндрическом сосуде объемом 7 см³ при давлении 150 атм.

Облучение пучком электронов проводили на токе 5 мкА в течение 2-8 часов.

Конвертером электронов служила стенка сосуда толщиной 2,5 см. После окончания облучения и 6,5 часов выдержки (для распада ¹²³Хе в ¹²³I) газ при температуре минус 100°С перепускали в промежуточный объем. Затем сосуд вскрывали, йод со стенок смывали Na₂S₂O₃ х 5H₂O. Основными недостатками способа являются:

- использование мишени в виде сосуда высокого давления, что несет в себе потенциальную опасность и повышает риск возникновения авариных ситуаций;

- необходимость проведения процедур механического вскрытия высоко активной мишени и смывания ¹²³I непосредственно из мишени. Это не позволяет использовать многократно одну и ту же мишень;

- не высокий выход получения целевого продукта.

Известен способ получения ¹²³I, реализуемый в настоящее время на циклотроне У-150 НИЦ «Курчатовский институт» (Н.И. Веников, О.А. Воробьев, В.И. Новиков, А.А. Себякин, А.Ю. Соколов, Д.И. Фомичев, В.А. Шабров - «Разработка технологии облучения мишеней для производства высокочистого радионуклида ¹²³I на циклотроне», Препринт ИАЭ-4934/14, М., 1989 г.), включающий облучение протонами мишени с изотопом ¹²⁴Хе, наработку в мишени радиоизотопа ¹²³Хе по реакциям ¹²⁴Xe(p,2n)¹²³Cs→¹²³Хе и ¹²⁴Хе(p,pn)¹²³Хе, извлечение (перекачивание) из мишени сразу после облучения криогенным способом ¹²⁴Хе и ¹²³Хе в «распадный» баллон, выдержку ¹²³Хе в «распадном» баллоне в течение ~ 6 часов для накопления ¹²³I, перекачку из «распадного» баллона криогенным способом ¹²⁴Хе в ррезервуар для хранения и повторного использования. Таким образом в данном способе I-123 извлекается только из «распадного» баллона. Реализуемый в настоящее время в НИЦ «Курчатовский институт» способ не дает возможности извлечь из мишени ¹²³I, который образуется в ней за время облучения в результате распада ¹²³Хе. Это приводит к значительным потерям целевого радионуклида.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ (Артюхов А.А., Загрядский В.А., Кравец Я.М., Латушкин С.Т., Маламут Т.Ю., Меньшиков П.Л., Новиков В.И., Унежев В.Н. «Способ получения радиоизотопа I-123», Патент РФ №2756917, 15.01.2021 г.), включающий добавление водорода в газовую мишень с изотопом ¹²⁴Хе, облучение протонами газовой смеси изотопа ¹²⁴Хе и водорода и извлечение после облучения из мишени как ¹²³Хе (с последующим получением ¹²³I после распада ¹²³Хе), так и дополнительно ¹²³I в составе йодистого водорода (H¹²³I), образованного в мишени за время облучения. Йодид водорода (H¹²³I) извлекают из мишени путем осуществления контакта газовой смеси водорода, ксенона и йодида водорода (H¹²³I) с водой или раствором щелочи, либо извлекают из мишени криогенным способом.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- не высокую степень извлечения H¹²³I из газовой смеси водорода и ксенона за время ограниченного контакта газовой смеси с поверхностью воды или раствора щелочи при удалении газовой смеси из мишени;

- потери высоко обогащенного изотопа ¹²⁴Хе вследствие его частичного растворения в воде при контакте с поверхностью воды (раствора щелочи) или в результате барбатажа газовой смеси через воду (раствор щелочи);

- сложность обеспечения криогенного извлечения H¹²³I из газовой смеси из-за близких температур конденсации ксенона (~100°К) и H¹²³I (~77°К);

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение степени извлечения йодистого водорода (H¹²³I), образовавшегося в мишени за время облучения, из смеси, содержащей ¹²³Xe ¹²⁴Хе, Н₂ и H¹²³I и приведение радиоизотопа ¹²³I к химической форме используемой для синтеза РФП.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является достижение высокой степени извлечения (>95%) йодистого водорода (H¹²³I) из смеси, содержащей ¹²³Хе, ¹²⁴Хе, Н₂ и H¹²³I, с последующим выделением целевого радионуклида ¹²³I в химической форме йодистого натрия (Na¹²³I), пригодной для производства РФП на его основе.

Для достижения технического результата предложен способ извлечения йодистого водорода (H¹²³I) из смеси, содержащей ¹²³Хе, ¹²⁴Хе, Н₂ и H¹²³I, заключающийся в том, что йодистый водород селективно извлекают при пропускании смеси через колонку с сорбентом за счет хемосорбции на гидрокарбонате натрия (NaHCO₃), а образующийся в результате химической реакции йодистый натрий (Na¹²³I) смывают из сорбционной колонки ацетоном или 95%-м этанолом, с последующим удалением растворителя вакуумной отгонкой.

Краткое описание чертежей

На фигуре показана схема газо-вакуумного стенда для извлечения йодистого водорода (H¹²³I) и выделения йодистого натрия (Na¹²³I), где:

1 - мишенное устройство

2 - датчик давления

3 - перистальтический насос

4 - сорбционная колонка

5 - пробирка с растворителем

6 - пробирка-приемник

7 - дроссель

8 - проточная ловушка

9 - сосуд Дьюара

10 - вакуумный насос

Осуществление изобретения

Способ получения радиоизотопа ¹²³I включает последовательность следующих технологических операций:

1. Наработку ¹²³I в мишени в соответствии с прототипом.

2. Извлечение из мишени ¹²³Хе с последующей выдержкой до распада в ¹²³I в соответствии с прототипом.

3. Извлечение H¹²³I из мишени путем хемосорбции йодистого водорода (H¹²³I) на сорбенте гидрокарбонат натрия (NaHCO₃) с образованием йодистого натрия (Na¹²³I).

4. Смыв образовавшегося на сорбенте йодистого натрия (Na¹²³I)

ацетоном или 95% этанолом в пробирку-приемник.

5. Вакуумную отгонку растворителя из пробирки-приемника. Способ осуществляется следующим образом. Газовую мишень с ¹²⁴Хе и водородом облучают на циклотроне протонами. Присоединяют к газовакуумному стенду, схема которого показана на фигуре. Производят вакуумирование системы. Далее охлаждают проточную ловушку 8 жидким азотом. Закрывают дроссель 7 и, плавно открывая вентиль (В-1) на мишенном устройстве, напускают смесь в сорбционную колонку. Дросселем 7 задают необходимый расход смеси (5,5 - 6,5 см³/мин). Прошедшие через колонку ксенон и водород попадают в проточную ловушку 8, где происходит конденсация и улавливание ксенона, а водород удаляют вакуумированием. После извлечения газовой смеси из мишенного устройства осуществляют смыв образовавшегося на сорбенте Na¹²³I. Для этого открывают вентиль (В-4) и напускают воздух в сорбционную колонку 4. Далее перистальтическим насосом 3 осуществляют промывку колонки растворителем (ацетон или 95%-й этанол) со скоростью 1 мл/мин. Промывочный раствор после сорбционной колонки 4 собирают в пробирку-приемник 6 в количестве 1 мл. Затем производят вакуумную отгонку растворителя из пробирки-приемника 6 до остаточного давления 10^-3 мм рт.ст. По завершении отгонки растворителя пробирку-приемник 6 с накопленным Na¹²³I передают для дальнейших операций по производству РФП на его основе.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения на модельной смеси, в рамках технологических операций 3,4,5, отличных от прототипа.

Пример 1. Модельная смесь состава 20±1 мг HI: 1000±10 мг Хе общим объемом ≈190 см³ при нормальных условиях. Расход смеси при пропускании через сорбционную колонку 5,5 - 6,5 см³/мин. D_вн сорбционной колонки 6 мм, длина сорбционного слоя 50 мм, масса сорбента (NaHCO3) 2,041 г. Эффективность извлечения йодистого водорода - 80%. Элюирование сорбционной колонки 95%-ным этанолом. Скорость элюирования 1 мл/мин. Объем элюата 3 мл (три порции по 1 мл). Вакуумная отгонка этанола до остаточного давления 10-3 мм рт.ст. Эффективность извлечения йодистого натрия 99%. Распределение концентрации извлеченного йодистого натрия по трем порциям элюата: 1 - 98,0%; 2 - 1,4%; 3 - 0,6%.

Пример 2. Модельная смесь состава 20±1 мг HI: 1000±10 мг Хе общим объемом ≈190 см³ при нормальных условиях. Расход смеси при пропускании через сорбционную колонку 5,5 - 6,5 см³/мин. D_вн сорбционной колонки 9 мм, длина сорбционного слоя 50 мм, масса сорбента (NaHCO₃) 4,593 г. Эффективность извлечения йодистого водорода - 95%. Элюирование сорбционной колонки 95%-ным этанолом. Скорость элюирования 1 мл/мин. Объем элюата 3 мл (три порции по 1 мл). Вакуумная отгонка этанола до остаточного давления 10^-3 мм рт.ст. Эффективность извлечения йодистого натрия 99%. Распределение концентрации извлеченного йодистого натрия по трем порциям элюата: 1 - 97,6%; 2 - 2,1%; 3 - 0,3%.

Пример 3. Модельная смесь состава 20±1 мг HI: 1000±10 мг Хе общим объемом ≈190 см± при нормальных условиях. Расход смеси при пропискании через сорбционную колонку 5,5 - 6,5 см³/мин. D_вн сорбционной колонки 9 мм, длина сорбционного слоя 50 мм, масса сорбента (NaHCO3) 4,593 г. Эффективность извлечения йодистого водорода - 95%. Элюирование сорбционной колонки ацетоном. Скорость элюирования 1 мл/мин. Объем элюата 3 мл (три порции по 1 мл). Вакуумная отгонка ацетона до остаточного давления 10^-3 мм рт.ст. Эффективность извлечения йодистого натрия 99%. Распределение концентрации извлеченного йодистого натрия по трем порциям элюата: 1 - 97,8%; 2 - 2,0%; 3 - 0,2%.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Йодистый водород (H¹²³I) селективно извлекают из смеси, содержащей ¹²³Хе, ¹²⁴Хе, H₂ и H¹²³I, при пропускании смеси через колонку с сорбентом за счет хемосорбции на гидрикарбонате натрия (NaHCO₃). Причем образующийся в результате химической реакции йодистый натрий (Na¹²³I) смывают из сорбционной колонки ацетоном или 95%-ным этанолом, с последующим удалением растворителя вакуумной отгонкой. Техническим результатом является достижение высокой степени извлечения (>95%) йодистого водорода (H123I) из смеси, содержащей 123Хе, 124Хе, Н2 и H123I, с последующим выделением целевого радионуклида 123I в химической форме йодистого натрия (Na123I), пригодной для производства радиофармпрепаратов на его основе. 1 ил.

Способ получения радиоизотопа ¹²³I по реакции ¹²⁴Xe(p,2n)¹²³Cs→¹²³Xe→¹²³I и(или) по реакции ¹²⁴Хе(р,pn)¹²³Хе→¹²³I, включающий облучение протонами мишени с газовой смесью водорода и изотопа ¹²⁴Хе, извлечение после облучения из мишени стартового ¹²⁴Хе с наработанным ¹²³Xe, выдержку ¹²³Xe для распада его в ¹²³I, извлечение после облучения из мишени ¹²³I в форме йодида водорода (H¹²³I), отличающийся тем, что йодид водорода (H¹²³I) извлекают пропусканием газовой смеси ксенона (¹²³Хе, ¹²⁴Хе), водорода и йодистого водорода (H¹²³I) через сорбционную колонку с гидрокарбонатом натрия, смывают из сорбционной колонки образующийся в результате хемосорбции йодистый натрий (Na¹²³I) ацетоном или 95%-ным этанолом, удаляют органический растворитель методом вакуумной отгонки.