陰離子交換法從輻照后的Ni靶中分離64Cu

陳玉清，梁積新，李 光，鄧雪松，喬來成，沈亦佳，劉玉平，姜 華，李桂群

（原子高科股份有限公司，北京 102413）

64Cu（T1／2＝12.7h）是一種非常重要的醫(yī)用放射性核素，既進(jìn)行β＋衰變，也進(jìn)行β－衰變與電子俘獲，可以利用其β＋射線進(jìn)行PET 顯像，也可以利用其β－射線進(jìn)行腫瘤放射治療。64Cu標(biāo)記藥物可以用于血池與心肌顯像、乏氧顯像、炎癥顯像、腫瘤顯像與治療等［1］。

64Cu既可以用核反應(yīng)堆生產(chǎn)，也可以經(jīng)加速器制備。近年來，一些研究者以富集64Ni為靶材，在小型醫(yī)用加速器上通過核反應(yīng)64Ni（p，n）64Cu，經(jīng)化學(xué)分離后可以得到無載體的64Cu［2－3］，因其簡便易操作而成為了研究人員的首選。

使用質(zhì)子回旋加速器制備64Cu 時，一般以富集64Ni為靶材，對靶件進(jìn)行輻照、冷卻和溶靶后，溶靶液中除了64Cu外，還有大量64Ni以及痕量的55，61Co［4－5］。放射性藥物尤其是放射性金屬核素標(biāo)記的多肽與單抗類藥物的制備，通常要求高比活度的放射性核素。為了得到能夠用于各類標(biāo)記藥物、符合醫(yī)用要求的64Cu，需要進(jìn)行64Cu的分離純化。用于分離放射性Ni、Cu和Co的方法有很多，比如沉淀法、萃取法、電化學(xué)法和離子交換法等，但無載體64Cu 的獲得常采用離子交換法［6－7］。在濃鹽酸介質(zhì)中，Cu和Co均以絡(luò)陰離子（MClx2－x）形式存在［8］，因而大多使用陰離子交換法分離純化，得到無載體的64Cu。英國已有研究者［9］實(shí)現(xiàn)了陰離子交換法分離純化64Cu的自動化。

本研究擬建立從C－30質(zhì)子回旋加速器輻照后的Ni靶中提取64Cu的方法，并采用陰離子交換法實(shí)現(xiàn)64Cu與Ni、Co的分離，以期得到無載體的正電子核素64Cu。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

C－30 質(zhì)子回旋加速器：IBA公司和中國原子能科學(xué)研究院聯(lián)合制造；反康普頓低本底γ譜儀標(biāo)準(zhǔn)裝置：主探頭為美國ORTEC公司生產(chǎn)的GEM－35190－SP型高純鍺探測器，相對探測效率為38%，50～2 000 keV能區(qū)，對60Co 的1 332keVγ射線能量分辨率為1.78keV，積分本底為6 min－1；FH463A 自動定標(biāo)器、FT－603井型γ閃爍探頭：北京核儀器廠；BS124S電子天平：德國Sartorius公司；CRC15R 放射性活度計(jì)：美國Capintec公司；Mili－Q 超純水系統(tǒng)：美國Millipore公司；UV－2450 分光光度計(jì)：日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

AG1－X8陰離子交換樹脂：Cl－型，0.149～0.298mm（100～200目），Bio－Rad公司產(chǎn)品；鎳粉：純度為99.5%，北京市朝陽區(qū)西會化工廠；64Ni：豐度99.07%，俄羅斯ISOFLEX 公司產(chǎn)品；示蹤劑64Cu：由加速器或反應(yīng)堆照射制備；57Co：由加速器制備；鹽酸：優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；其他化學(xué)試劑均為分析純。

使用前，所有玻璃器皿均用1mol／L 鹽酸浸泡12h以上，并用去離子水沖洗。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 64Cu2＋、57 Co2＋和Ni2＋靜態(tài)分配系數(shù)的測定

將預(yù)處理過的AG1－X8陰離子交換樹脂在40℃下烘干至恒重，室溫下準(zhǔn)確稱取0.5g分別置于24支干凈磨口試管中，再在每支試管中分別加入5.0 mL 含64Cu2＋（57Co2＋或Ni2＋）示蹤劑的0.5、1、3、4、5、6、7、9 mol／L 鹽酸溶液。將試管密閉后固定于電動振蕩機(jī)上，振蕩30min，離心5 min。取原始溶液和上清液各1.0mL，采用γ計(jì)數(shù)器測定示蹤劑64Cu 和57Co的放射性計(jì)數(shù)，采用分光光度計(jì)測定Ni2＋含量。按下式計(jì)算Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋在AG1－X8樹脂與鹽酸介質(zhì)之間的靜態(tài)分配系數(shù)Kd：

（1）式 中：Kd為Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋在AG1－X8與鹽酸介質(zhì)之間的靜態(tài)分配系數(shù)；S0為每毫升原始示蹤溶液的放射性計(jì)數(shù)率（對于Ni，為其離子質(zhì)量，mg），s－1；Seq為每毫升上清液的放射性計(jì)數(shù)率（對于Ni，為其離子質(zhì)量，mg），s－1；V為示蹤溶液體積，mL；m為AG1－X8樹脂的質(zhì)量，g。

2.2 Ni的穿透

取預(yù)處理過的AG1－X8陰離子交換樹脂適量，裝入直徑為1cm 的干凈玻璃柱中，柱高約為20～22cm。先用3～5個柱床體積的去離子水淋洗柱子，再用3個柱床體積的6mol／L 鹽酸平衡柱。

取5mL含Ni溶液（Ni濃度為64g／L）上柱，用6mol／L 鹽酸淋洗，流速1mL／min，用干凈小管收集洗脫液，每1mL 為一個樣品。用分光光度計(jì)測樣品中Ni的含量。

2.3 57Co的洗脫

樹脂的處理以及分離柱參數(shù)同2.2 節(jié)，采用57Co為示蹤劑。

取5mL57Co示蹤溶液（Co濃度2g／L，57Co放射性活度37～74 MBq）上柱，先用25mL 6mol／L鹽酸淋洗柱子，再用4 mol／L 鹽酸淋洗，流速1 mL／min。樣品收集方法同2.2 節(jié)。用γ計(jì)數(shù)器測量所收集樣品的放射性計(jì)數(shù)。

2.4 64Cu的解吸

樹脂的處理以及分離柱參數(shù)與2.2節(jié)相同，采用64Cu為示蹤劑。

取5mL64Cu示蹤溶液（Cu濃度為2g／L，64Cu放射性活度為37～74 MBq）上柱。先用25mL6mol／L鹽酸淋洗柱子，再 用25 mL 4mol／L鹽酸淋洗，最后用1 mol／L 鹽酸淋洗，流速1mL／min。樣品收集方法同2.2節(jié)。采用γ計(jì)數(shù)器測量所收集樣品的放射性計(jì)數(shù)。

2.5 64Cu放化回收率的測定

以64Cu為示蹤劑，取5mL 待分離溶液（其中Ni濃度64g／L、Co濃度2g／L、64Cu放射性活度74 MBq）上柱。淋洗條件與樣品收集方法與2.4節(jié)相同。采用γ計(jì)數(shù)器測量所收集樣品的放射性計(jì)數(shù)，并計(jì)算64Cu 的放化回收率。計(jì)算公式為：回收率＝分離后收集到的64Cu 放射性活度／上柱所用的64Cu放射性總活度。

2.6 Ni靶的輻照與溶解

在Cu 靶托上通過電鍍法鍍上金膜（20mm×110mm，15μm），再在金膜上鍍Ni（10mm×100mm，16～48μm）。將靶件固定于C－30 質(zhì)子回旋加速器固體靶系統(tǒng)中，用15.6 MeV、37～70μA 束流強(qiáng)度的質(zhì)子以6°的入射角度打靶2.5～10h。輻照結(jié)束后，冷卻12h，將靶固定在由聚四氟乙烯組成的溶解槽上，向溶解槽中加入6mol／L 鹽酸，并滴加數(shù)滴H2O2，加熱到95℃溶靶，待溶靶結(jié)束后，將溶靶液小心轉(zhuǎn)移到干凈玻璃燒杯中，緩慢加熱蒸干，然后用6mol／L HCl溶液溶解殘?jiān)⒂糜诨瘜W(xué)分離實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 64Cu2＋、57Co2＋和Ni2＋的靜態(tài)分配系數(shù)

Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋在樹脂AG1－X8與鹽酸介質(zhì)之間的靜態(tài)分配系數(shù)Kd列于表1。

表1 Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋在AG1－X8與鹽酸介質(zhì)之間的靜態(tài)分配系數(shù)Kd

采用陰離子交換法進(jìn)行各類金屬離子的分離，是基于金屬離子在鹽酸介質(zhì)中與Cl－形成不同的絡(luò)陰離子MClx2－x，MClx2－x在陰離子樹脂與鹽酸介質(zhì)間的分配系數(shù)Kd不同。由表1 可以看出，Ni2＋在樹脂與鹽酸介質(zhì)間的靜態(tài)分配系數(shù)Kd為0，這是由于在鹽酸介質(zhì)中，Ni2＋不形成絡(luò)陰離子，因而Ni2＋在陰離子交換樹脂上不吸附。57Co2＋和64Cu2＋在鹽酸介質(zhì)中均能形成絡(luò)陰離子（MClx2－x），在陰離子交換樹脂上表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附，但這種吸附均隨著鹽酸濃度的降低而遞減，這與文獻(xiàn)［8］結(jié)果相符。由表1推知，在6～9mol／mL鹽酸中，Ni2＋在樹脂上不吸附，而57Co2＋和64Cu2＋吸附，因而使用6～9 mol／L鹽酸可以將Ni2＋與57Co2＋、64Cu2＋分離；在4 和5mol／L鹽酸介質(zhì)中，57Co2＋和64Cu2＋的Kd差異均顯著，當(dāng)使用4 或5 mol／L 鹽酸淋洗樹脂時，57Co2＋被洗出，而64Cu2＋仍留在樹脂上?；诒?數(shù)據(jù)，本工作選擇6、4和1mol／L 鹽酸溶液為淋洗液，采用梯度淋洗進(jìn)行Ni2＋、57Co2＋與64Cu2＋的分離。

3.2 Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋的淋洗條件

由于Ni2＋在陰離子交換樹脂上不吸附，使用陰離子交換法很容易將Ni與其他金屬分離開［8］；而采用6～9mol／L 鹽酸均可將Ni與Co和Cu完全分離，考慮到高濃度鹽酸對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的影響，本工作選擇6mol／L 鹽酸作為淋洗液。采用6mol／L 鹽酸洗滌陰離子交換樹脂AG1－X8，結(jié)果示于圖1。由圖1可以看出，Ni隨洗脫液一起流出，Ni組分主要集中在第8～17mL洗脫液中。

用4 mol／L 鹽酸洗滌陰離子交換樹脂AG1－X8的洗脫曲線示于圖2。圖2 顯示，57Co隨洗脫液一起流出，且57Co主要集中在第38～47mL洗脫液中。

圖1 64Ni在AG1－X8上的穿透曲線

圖2 57Co在AG1－X8上的洗脫曲線

分別用25mL 6mol／L 和25mL 4mol／L鹽酸淋洗柱子后，再用1mol／L 鹽酸洗滌陰離子交換樹 脂AG1－X8 柱，64Cu 在AG1－X8 上 的 解吸曲線示于圖3。圖3 顯示，Cu隨洗脫液一起流出，且集中在第64～68mL洗脫液中。

由Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋的淋洗條件研究結(jié)果可知，分離時，首先用25mL 6mol／L 鹽酸淋洗陰離子交換柱，Ni2＋先穿透；接著用25 mL 4mol／L鹽酸 淋 洗，57Co2＋被洗脫出；最后用23mL 1mol／L鹽酸淋洗，將64Cu2＋洗脫下來，達(dá)到純化64Cu2＋的目的。

3.3 提取64Cu的推薦流程和64Cu的放化回收率

圖3 64Cu在AG1－X8上的解吸曲線

基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推薦陰離子交換法從輻照后的Ni靶中提取64Cu的分離流程如下。

1）取柱高20～22cm、直徑為1cm 的干凈玻璃柱，裝入適量預(yù)處理過的AG1－X8陰離子交換樹脂。先用3～5個柱床體積的去離子水淋洗柱子，再用3個柱床體積的6mol／L 鹽酸平衡。

2）將輻照后的Ni靶固定在由聚四氟乙烯組成的可加熱的溶解槽上，并在溶解槽中加入12mL 6mol／L 鹽酸，并滴加數(shù)滴H2O2，加熱到95℃溶靶。待溶靶結(jié)束后，將溶靶液小心轉(zhuǎn)移到干凈玻璃燒杯中，100℃下緩慢加熱蒸干，然后用5mL 6mol／L 鹽酸溶解殘?jiān)⒂糜诨瘜W(xué)分離實(shí)驗(yàn)。

3）將溶靶液加載到AG1－X8陰離子交換柱上。流出液可棄。

4）用25mL 6mol／L 鹽酸淋洗陰離子交換柱，流速1mL／min。用一個干凈玻璃容器收集洗脫液，所得NiCl2溶液可用于下一次Ni靶的制備。

5）用25mL 4mol／L 鹽酸淋洗陰離子交換柱，流速1mL／min，流出液可棄。

6）用23mL 1mol／L 鹽酸淋洗陰離子交換柱，流速1 mL／min，用一個干凈玻璃燒杯收集洗脫液。用高純鍺γ能譜儀分析64Cu核純度。

7）將收集到的64Cu組分，于100℃下加熱蒸發(fā)至體積為0.1～0.2mL，冷卻后，加適量體積的0.1mol／L 鹽酸復(fù)溶，備用。

本工作共進(jìn)行了3次天然豐度Ni靶與一次富集64Ni靶（豐度為99.07%）的輻照，采用上述陰離子交換法成功實(shí)現(xiàn)了從輻照后的Ni靶中提取64Cu。64Cu 的放化回收率為87.5%±3.0%（n＝4）；從溶靶到64Cu分離結(jié)束，整個過程耗時2.5～3h。

3.5 64Cu的質(zhì)量分析

豐度為99.07%的富集64Ni靶件經(jīng)輻照、分離、純化后，收集到的64Cu 組分用反康普頓低本底γ譜儀標(biāo)準(zhǔn)裝置測量分析以確定其放射性核純度，測量結(jié)果示于圖4。圖4 中僅顯示64Cu的特征能峰（1 345.77keV）和64Cu進(jìn)行β＋衰變釋放的能峰（511.00keV），說明所得64Cu 產(chǎn)品組分很純。γ譜儀標(biāo)準(zhǔn)裝置核純分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，64Cu放射性核純度大于99.0%。

圖4 64Cu的γ譜圖

豐度為99.07%的富集64Ni靶件經(jīng)輻照、分離、純化，收集到的64Cu 組分衰變10 個半衰期后，用IRIS Advantage光譜儀測定其中金屬元素的含量，結(jié)果列于表2。表2 結(jié)果顯示，64Cu組分中金屬雜質(zhì)Ni、Co 和Fe 濃度均小于0.05mg／L。

表2 64Cu洗脫液中金屬雜質(zhì)的分析

4 結(jié)論

本研究建立了使用陰離子交換法從輻照的Ni靶中提取64Cu的分離流程。采用本工作建立的陰離子交換法成功地將鎳靶溶解液中64Ni、57Co和64Cu完全分離開，實(shí)現(xiàn)了純化64Cu的目的。豐度為99.07%的富集64Ni靶經(jīng)輻照、分離、純化后收集到的64Cu 組分，其放射性核純度大于99.0%，金屬雜質(zhì)Ni、Co和Fe濃度均小于0.05mg／L。本工作為64Cu放射性藥物研究工作的開展奠定了基礎(chǔ)。

［1］Blower PJ，Lewis JS，Zweit J.Copper radionuclides and radiopharmaceuticals in nuclear medicine［J］.Nuclear Medicine and Biology，1996，23：957－980.

［2］McCarthy DW，Shefer RE，Klinkowstein RE，et al.Efficient production of high specific activity64Cu using a biomedical cycrotron［J］.Nuclear Medicine and Biology，1997，24：35－43.

［3］Obata A，Kasamatsu S，Deborah WM，et al.Production of therapeutic quantities of64Cu using a 12 MeV cyclotron［J］.Nuclear Medicine and Biology，2003，30：535－539.

［4］Avila－Rodriguez MA，Nye JA，Nickles RJ.Simultaneous production of high specific activity64Cu and61Co with 11.4 MeV protons on enriched64Ni nuclei［J］.Applied Radiation and Isotopes，2007，（65）：1 115－1 120.

［5］Szelecsenyi F，Blessing G，Qaim SM.Excitation functions of proton induced nuclear reactions on enriched61Ni and64Ni：Possibility of production of no－carrier－added61Cu and64Cu at a small cyclotron［J］.Applied Radiation and Isotopes，1993，（44）：575－580.

［6］Watanabe S，Watanabe S，Liang JX et al.Chelating ion－exchange methods for the preparation of no－carrier－added64Cu［J］.Nuclear Medicine and Biology，2009，（36）：587－590.

［7］Hou XL，Jacobsen U，Jorgensen JC.Separation of no－carrier－added64Cu from a proton irradiated64Ni enriched inckle target［J］.Applied Radiation and Isotopes，2002，（57）：773－777.

［8］Kraus KA，Moore G.Anion exchange studiesⅥ：The divalent transition elements manganese to zinc in hydrochloric acid［J］.Journal of the American Chemistry Society，1953，（75）：1 460－1 462.

［9］Burke P，Golovko O，Clark JC，et al.An automated method for regular productions of copper－64 for PET radiopharmaceuticals［J］.Inorganica Chimica Acta，2010，363：1 316－1 319.