СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОИЗОТОПА I-123 Российский патент 2024 года по МПК G21C1/10 

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

Йод как химический элемент входит в состав гормонов, вырабатываемых щитовидной железой и оказывающих многофункциональное воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма. Поэтому использование радиофармпрепаратов с радионуклидами йода позволяет осуществить их доставку в исследуемые органы. Такие ядерно-физические характеристики ¹²³I, как период полураспада 13,2 часа большой выход фотонов низкой энергии (83%, 159 кэВ), испускаемых после 100% электронного захвата, делают ¹²³I одним из наиболее востребованных радионуклидов для однофотонной компьютерной томографии. Он находит широкое применение при диагностике заболеваний щитовидной железы, в кардиологии, нейрологии, онкологии. Преимуществом ¹²³I является небольшая радиационная нагрузка на организм пациента и высокое качество изображения при проведении диагностических исследований. Это особенно важно при диагностике заболеваний у пациентов детского возраста.

2. Предшествующий уровень техники

Все способы получения ¹²³I условно подразделяются на две группы. Первая группа включает методы, основанные на применении реакций, в которых иод-123 является первичным продуктом. К примеру, облучение изотопов теллура по реакциям:

¹²⁴Те (р, 2n) ¹²³I;

¹²²Те (d, n) ¹²³I;

¹²³Те (р, n) ¹²³I.

Однако к основным недостаткам этих способов относятся образование изотопов йода с массовыми числами 124, 125, 126 и 130, что приводит к ухудшению разрешения получаемого изображения и увеличению дозовой нагрузки на организм пациента.

Ко второй группе получения ¹²³I относятся способы, в которых I-123 является вторичным продуктом и нарабатывается в результате распада предшественника ¹²³Хе (Т_1/2=2,08 часа). Этот подход позволяет получать продукт с более высокой радионуклидной чистотой и может быть реализован, например, по реакциям ¹²⁴Хе (р, 2n) ¹²³Cs→¹²³Хе→¹²³I и ¹²⁴Хе (р, pn) ¹²³Хе→¹²³I.

В качестве аналогов для настоящего изобретения следует рассматривать непрямые (через распад ¹²³Хе) способы получения 1-123 на газовых мишенях с изотопом ¹²⁴Хе.

Известен способ получения 1-123 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 γ-квантов являлся пучок электронов микротрона МТ-22 (Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна) с энергией 22-25 МэВ, конвертируемый в γ-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,¹²⁴Хе (р, 2n) ¹²³Cs→¹²³Хе и ¹²⁴Хе (р, 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 резервуар 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.

В качестве прототипа выбран способ (Артюхов А.А., Загрядский В.А., Кравец Я.М., Латушкин СТ., Маламут Т.Ю., Меньшиков П.Л., Новиков В.И., Унежев В.Н. «Способ получения радиоизотопа 1-123», Патент РФ №2756917, 15.01.2021 г. ), включающий облучение протонами мишени с изотопом ¹²⁴Хе, наработку ¹²³1 по реакции ¹²⁴Хе (р, 2n) ¹²³Cs→¹²³Хе→¹²³I и(или) по реакции¹²⁴Хе (р, pn) ¹²³Хе ¹²³I, извлечение после облучения из мишени стартового ¹²⁴Хе с наработанным ¹²³Хе, выдержку ¹²³Хе для распада его в ¹²³I. Кроме того, в связи с тем, что в мишень добавляют водород, после облучения из мишени дополнительно извлекают наработанный за время облучения ¹²³I (в результате распада ¹²³Хе) в форме H¹²³I одним из известных методов.

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 барботирования газовой смеси через воду (раствор щелочи);

- сложность обеспечения криогенного извлечения Н¹²³1 из газовой смеси из-за близких температур конденсации ксенона (~100°К) и H¹²³I (~77°К).

3. Раскрытие изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение недостатка прототипа, а именно низкого уровня извлечения целевого радионуклида ¹²³I, образовавшегося в мишени за время облучения, и потери высоко обогащенного изотопа,²⁴Хе.

Техническим результатом заявленного изобретения, по сравнению с прототипом, является практически полное извлечение целевого радионуклида ¹²³I из мишени, отсутствие потерь дорогостоящего высоко обогащенного изотопа ¹²⁴Хе и получение ¹²³I в химической форме йодистого натрия (Na¹²³I), пригодной для производства РФП на его основе.

Для достижения технического результата предложен способ извлечения из мишенного устройства радионуклида ¹²³I по реакции ¹²⁴Хе (р, 2n) ¹²³Cs→,¹²³Хе→¹²³I и/или по реакции ¹²⁴Хе (р, pn) ¹²³Хе→¹²³I, включающий облучение протонами мишени с изотопом ¹²⁴Хе, извлечениепосле облучения из мишени стартового ¹²⁴Хе с наработанным,¹²³Хе, выдержку ¹²³Хе для распада его в ¹²³I и извлечение после облучения из мишени накопленного за время облучения ¹²³I при этом для извлечения накопленного за время облучения ¹²³I мишень после облучения заполняют органическим растворителем или смесью органических растворителей, растворяют в них накопленный за время облучения ¹²³I, перемещают полученный раствор с ¹²³I в приемное устройство, проводят вакуумную отгонку растворителей из приемного устройства, а накопленный в приемном устройстве ¹²³I смывают раствором гидроксида натрия.

4. Краткое описание чертежей

На фиг. показана схема технологического стенда для извлечения ¹²³I и получения йодистого натрия (Na¹²³I), где:

1 - газовая мишень

2,7 - датчик давления

3 - ловушка для облученного ¹²⁴Хе

4 - емкость с растворителем

5 - приемная емкость

6 - прокачная ловушка

8 - вакуумный насос

9,10,11 - сосуды Дьюара

12-21 - вентили

5. Осуществление и примеры реализации изобретения

Способ получения радиоизотопа ¹²³I включает последовательность следующих технологических операций:

1. Наработку ¹²³I в мишени по реакции ^l24Xe(p,2n)¹²³Cs→¹²³Хе→¹²³I и (или) по реакции ¹²⁴Хе (р, pn) ¹²³Хе ¹²³I.

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

3. Заполнение мишени растворителями для смыва с внутренней поверхности мишени наработанного за время облучения ¹²³I.

4. Перекачку растворителей с ¹²³1 из мишени в приемную емкость.

5. Вакуумную отгонку растворителей из приемной емкости.

6. Смыв целевого ¹²³I с внутренней поверхности приемной емкости раствором гидроксида натрия.

Основой для реализации данного способа является газо-вакуумный стенд, который состоит из следующих основных элементов: ловушки для облученного ксенона ¹²⁴Хе (3), емкость с растворителем (4), приемной емкости (5), прокачной ловушки (6) и вакуумного насоса (8). Ловушка для облученного ¹²⁴Хе представляет собой емкость из нержавеющей стали объемом достаточным для хранения облученного ксенона при нормальных условиях. При этом эта емкость охлаждается жидким азотом. Ловушка соединяется с вакуумной линией стенда, ведущей к вакуумному насосу 8, с помощью вентиля 12. Емкость с растворителем (4) обеспечивает подачу необходимого количества растворителя для заполнения внутреннего объема мишени в течение сравнительно небольшого промежутка времени (до 10 минут, чтобы избежать потери ¹²³I в результате его распада). Емкость изготовлена из материалов стойких к воздействию органических растворителей и выдерживает избыточное давление до 10 атм, которое может создаваться механическим или термодинамическим путем (частный случай - шприцевой насос). Емкость с растворителем подсоединена к мишени с помощью трубки из нержавеющей стали через вентиль 15. Приемная емкость из нержавеющейстали (5) имеет объем, превышающий объем мишени и охлаждается жидким азотом. Прокачная ловушка (6) аналогична приемной емкости (материал, охлаждение жидким азотом) и обеспечивает улавливание растворителя, который отгоняется из приемной емкости. Для контроля давления используются два датчика давления (2,7) с диапазоном измерения 1-10⁶ кПа. Все коммуникации и запорная арматура выполнены из химически стойких и коррозионно-стойких материалов.

Способ получения радиоизотопа ¹²³I осуществляется следующим образом. Газовую мишень с ¹²⁴Хе облучают на циклотроне протонами в диапазоне энергий 20-30 МэВ (при этих энергиях достигается максимум интегрального выхода ¹²³1 и минимизируется образование радионуклидных примесей, таких как ¹²¹Те), среднем токе пучка 1-20 мкА, в течении 1-36 часов (соотношение времени и тока пучка определяется необходимым количеством нарабатываемого ¹²³I). Затем ее присоединяют к газо-вакуумному стенду, схема которого показана на фиг. 1 и производят его вакуумирование. Далее охлаждают ловушку 3 жидким азотом до температуры -196°С.Открывают вентиль 14 на мишени и вентиль 12 на ловушке 3, при этом ¹²⁴Хе и ¹²³Хе конденсируются в ловушке. После конденсации газообразной фракции закрывают вентиль 12 на ловушке 3, а мишень полностью заполняют либо ацетоном (ОСЧ), либо диэтиловым эфиром (ОСЧ), либо их смесью в любом соотношении. Подача растворителя осуществляется из емкости для растворителя 4, а заполнение мишени обеспечивается за счет имеющегося в ней разрежения или создания избыточного давления в емкости для растворителя. До и после заполнения мишени растворителем соответственно открывают и закрывают вентиль 15, а на мишени вентиль 14. После выдержки в течение некоторого времени (до 15 минут, чтобы избежать потери ¹²³I в результате его распада) приемную емкость 5 охлаждают жидким азотом до температуры -196°С, открывают вентиль 17, а на мишени вентиль 14. При этом растворители с ¹²³I сливаются в приемную емкость 5. После сливарастворителей закрывают вентиль 14 на мишени и начинают вакуумную отгонку растворителей из приемной емкости насосом 8. Равномерность отгонки растворителей достигается плавным отогреванием приемной емкости за счет атмосферного воздуха комнатной температуры. Растворители улавливаются в прокачной ловушке 6, охлаждаемой жидким азотом до температуры -196°С. Вакуумную отгонку растворителей проводят до достижения остаточного давления не более 5 Па в приемной емкости, чтобы минимизировать наличие растворителя в дальнейшем процессе. По окончании отгонки растворителей приемную емкость 5 отсоединяют от стенда и дозатором вводят в емкость 0,01М раствор NaOH для смыва ¹²³I объемом до 5 см³, который определяется необходимой концентрацией ¹²³I в конечном продукте. Проводят смыв ¹²³I и полученный раствор перекачивают перистальтическим насосом в стеклянный флакон.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения в рамках технологических операций 3,4,5,6 отличных от прототипа.

Пример 1. Отвакуумированную мишень с ¹²³I заполняют ацетоном. Степень заполнения объема мишени не менее 95% при давлении над жидким ацетоном 100 кПа. Выдерживают ацетон в мишени в течение 15 мин. Приемную емкость вакуумируют и охлаждают жидким азотом. Открывают вентиль на мишени и производят слив ацетона с ¹²³I в приемную емкость. Далее проводят вакуумную отгонку ацетона в течение 30 мин при отогревании приемной емкости за счет атмосферного воздуха комнатной температуры. По окончании вакуумной отгонки в приемную емкость вводят 5 мл 0,01М раствора NaOH и проводят смыв накопленного ¹²³I. Полученный раствор перекачивают перистальтическим насосом в стеклянный флакон объемом 10 мл. По результатам гамма-спектрометрических измерений эффективность извлечения,¹²³I из мишени ацетоном не менее 84%, потери ¹²³I при отгонке ацетона не более 17%. Эффективность смыва ¹²³I 0,01М раствором NaOH не менее 95%. Итоговая эффективность извлечения ¹²³I - 70%.

Пример 2. Отвакуумированную мишень с ¹²³I заполняют диэтиловым эфиром. Степень заполнения объема мишени не менее 85% при давлении над жидким диэтиловым эфиром 200 кПа. Выдерживают диэтиловый эфир в мишени в течение 15 мин. Приемную емкость вакуумируют и охлаждают жидким азотом. Открывают вентиль на мишени и производят слив диэтилового эфира с ¹²³I в приемную емкость. Далее проводят вакуумную отгонку диэтилового эфира в течение 20 мин при отогревании приемной емкости за счет атмосферного воздуха комнатной температуры. По окончании вакуумной отгонки в приемную емкость вводят 5 мл 0,01М раствора NaOH и проводят смыв накопленного ¹²³I. Полученный раствор перекачивают перистальтическим насосом в стеклянный флакон объемом 10 мл. По результатам гамма-спектрометрических измерений эффективность извлечения ¹²³I из мишени ацетоном не менее 40%, потери ¹²³I при отгонке ацетона не более 3%. Эффективность смыва ¹²³I 0,01М раствором NaOH не менее 95%. Итоговая эффективность извлечения ¹²³I - 40%.

Пример 3. Отвакуумированную мишень с ¹²³I заполняют смесью ацетона с диэтиловым эфиром состава 50:50%) об. Степень заполнения объема мишени не менее 95%) при давлении над смесью растворителей 100 кПа. Выдерживают смесь растворителей в мишени в течение 15 мин. Приемную емкость вакуумируют и охлаждают жидким азотом. Открывают вентиль на мишени и производят слив смеси растворителей с ¹²³I в приемную емкость. Далее проводят вакуумную отгонку смеси растворителей в течение 25 мин при отогревании приемной емкости за счет атмосферного воздуха комнатной температуры. По окончании вакуумной отгонки в приемную емкость вводят 5 мл 0,01М раствора NaOH и проводят смыв накопленного ¹²³I. Полученный раствор перекачивают перистальтическим насосом в стеклянный флакон объемом 10 мл. По результатам гамма-спектрометрических измерений эффективность извлечения ¹²³I из мишени смесью ацетона и диэтилового эфира состава 50:50%) об. не менее 84%, потери ¹²³I при отгонке смесирастворителей не более 5%. Эффективность смыва ¹²³I 0,01М раствором NaOH не менее 95%. Итоговая эффективность извлечения ¹²³I - 80%.

Изобретение относится к технологии получения радиоизотопов для ядерной медицины на ускорителях заряженных частиц. Способ извлечения из мишени радионуклида ¹²³I включает облучение протонами мишени с изотопом ¹²⁴Хе, извлечение после облучения из мишени стартового ¹²⁴Хе с наработанным ¹²³Хе, выдержку ¹²³Хе для распада его в ¹²³I и извлечение после облучения из мишени накопленного за время облучения ¹²³I. Причем для извлечения накопленного за время облучения ¹²³I мишень после облучения заполняют органическим растворителем или смесью органических растворителей, растворяют в них накопленный за время облучения ¹²³I и перемещают полученный раствор с ¹²³I в приемное устройство. Затем проводят вакуумную отгонку растворителей из приемного устройства, а накопленный в приемном устройстве ¹²³I смывают раствором гидроксида натрия. Техническим результатом является увеличение степени извлечения целевого радионуклида ¹²³I из мишени и получение ¹²³I в химической форме йодистого натрия (Na¹²³I), пригодной для производства РФП на его основе. 1 ил.

Способ получения радиоизотопа ¹²³I по реакции ¹²⁴Хе (р, 2n), ¹²³Cs→¹²³Хе→¹²³I и(или) по реакции ¹²⁴Хе (р, pn), ¹²³Хе→¹²³I, включающий облучение протонами мишени с изотопом ¹²⁴Хе, извлечение после облучения из мишени стартового ¹²⁴Хе с наработанным ¹²³Хе, выдержку ¹²³Хе для распада его в ¹²³I и извлечение после облучения из мишени накопленного за время облучения ¹²³I, отличающийся тем, что для извлечения накопленного за время облучения ¹²³I мишень после облучения заполняют органическим растворителем или смесью органических растворителей, растворяют в них накопленный за время облучения ¹²³I, перемещают полученный раствор с ¹²³I в приемное устройство, проводят вакуумную отгонку растворителей из приемного устройства, а накопленный в приемном устройстве ¹²³I смывают раствором гидроксида натрия.