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用放射性核素，既進行β＋衰變，也進行β－衰變與電子俘獲，可以利用其β＋射線進行PET 顯像，也可以利用其β－射線進行腫瘤放射治療。64Cu標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既可以用核反應堆生產，也可以經加速器制備。近年來，一些研究者以富集64Ni為靶材，在小型醫用加速器上通過核反應64Ni（p，n）64Cu，經化學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。

使用質子回旋加速器制備64Cu 時，一般以富集64Ni為靶材，對靶件進行輻照、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記藥物、符合醫用要求的64Cu，需要進行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］。在濃鹽酸介質中，Cu和Co均以絡陰離子（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］實現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現64Cu與Ni、Co的分離，以期得到無載體的正電子核素64Cu。

1 實驗設備和材料

1.1 實驗儀器

C－30 質子回旋加速器：IBA公司和中國原子能科學研究院聯合制造；反康普頓低本底γ譜儀標準裝置：主探頭為美國ORTEC公司生產的GEM－35190－SP型高純鍺探測器，相對探測效率為38%，50～2 000 keV能區，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：美國Capintec公司；Mili－Q 超純水系統：美國Millipore公司；UV－2450 分光光度計：日本島津公司。

1.2 實驗材料

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

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 實驗方法

2.1 64Cu2＋、57 Co2＋和Ni2＋靜態分配系數的測定

將預處理過的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上，振蕩30min，離心5 min。取原始溶液和上清液各1.0mL，采用γ計數器測定示蹤劑64Cu 和57Co的放射性計數，采用分光光度計測定Ni2＋含量。按下式計算Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋在AG1－X8樹脂與鹽酸介質之間的靜態分配系數Kd：

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

2.2 Ni的穿透

取預處理過的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同2.2 節，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。用γ計數器測量所收集樣品的放射性計數。

2.4 64Cu的解吸

樹脂的處理以及分離柱參數與2.2節相同，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。采用γ計數器測量所收集樣品的放射性計數。

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節相同。采用γ計數器測量所收集樣品的放射性計數，并計算64Cu 的放化回收率。計算公式為：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 質子回旋加速器固體靶系統中，用15.6 MeV、37～70μA 束流強度的質子以6°的入射角度打靶2.5～10h。輻照結束后，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，并滴加數滴H2O2，加熱到95℃溶靶，待溶靶結束后，將溶靶液小心轉移到干凈玻璃燒杯中，緩慢加熱蒸干，然后用6mol／L HCl溶液溶解殘渣并用于化學分離實驗。

3 結果與討論

3.1 64Cu2＋、57Co2＋和Ni2＋的靜態分配系數

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

表1 Ni2＋、57Co2＋和64Cu2＋在AG1－X8與鹽酸介質之間的靜態分配系數Kd

采用陰離子交換法進行各類金屬離子的分離，是基于金屬離子在鹽酸介質中與Cl－形成不同的絡陰離子MClx2－x，MClx2－x在陰離子樹脂與鹽酸介質間的分配系數Kd不同。由表1 可以看出，Ni2＋在樹脂與鹽酸介質間的靜態分配系數Kd為0，這是由于在鹽酸介質中，Ni2＋不形成絡陰離子，因而Ni2＋在陰離子交換樹脂上不吸附。57Co2＋和64Cu2＋在鹽酸介質中均能形成絡陰離子（MClx2－x），在陰離子交換樹脂上表現出較強的吸附，但這種吸附均隨著鹽酸濃度的降低而遞減，這與文獻［8］結果相符。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鹽酸介質中，57Co2＋和64Cu2＋的Kd差異均顯著，當使用4 或5 mol／L 鹽酸淋洗樹脂時，57Co2＋被洗出，而64Cu2＋仍留在樹脂上。基于表1數據，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驗設備的影響，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

基于上述實驗結果，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，并滴加數滴H2O2，加熱到95℃溶靶。待溶靶結束后，將溶靶液小心轉移到干凈玻璃燒杯中，100℃下緩慢加熱蒸干，然后用5mL 6mol／L 鹽酸溶解殘渣并用于化學分離實驗。

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℃下加熱蒸發至體積為0.1～0.2mL，冷卻后，加適量體積的0.1mol／L 鹽酸復溶，備用。

本工作共進行了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現了從輻照后的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分離結束，整個過程耗時2.5～3h。

3.5 64Cu的質量分析

豐度為99.07%的富集64Ni靶件經輻照、分離、純化后，收集到的64Cu 組分用反康普頓低本底γ譜儀標準裝置測量分析以確定其放射性核純度，測量結果示于圖4。圖4 中僅顯示64Cu的特征能峰（1 345.77keV）和64Cu進行β＋衰變釋放的能峰（511.00keV），說明所得64Cu 產品組分很純。γ譜儀標準裝置核純分析數據處理結果顯示，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，結果列于表2。表2 結果顯示，64Cu組分中金屬雜質Ni、Co 和Fe 濃度均小于0.05mg／L。

表2 64Cu洗脫液中金屬雜質的分析

4 結論

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，實現了純化64Cu的目的。豐度為99.07%的富集64Ni靶經輻照、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。

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