電沉積法制備加速器生產64Cu的鎳靶

沈亦佳，陳玉清，梁積新，喬來成，鄧雪松，李 光，劉玉平

(原子高科股份有限公司，北京 102413)

64Cu是一種重要的醫用放射性核素，其半衰期為12.7 h，既進行β+衰變(17.86 %)，也進行β-衰變(39.0 %)與電子俘獲(43.1%)。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]。隨著正電子技術的快速發展，近年來有關64Cu的研究成為熱點。

64Cu的制備有多種方法，可以通過反應堆經核反應64Zn (n，p)64Cu得到；也可以通過加速器，以鎳為靶材經核反應64Ni (p，n)64Cu或64Ni (d，2n)64Cu得到；或以鋅為靶材，經核反應64Zn (d，2p)64Cu，66Zn (d，a)64Cu或68Zn (p，an)64Cu得到。以鋅為靶材，通過反應堆經核反應64Zn (n，p)64Cu可得到64Cu。然而，使用反應堆進行放射性核素制備時，通常遇到的問題是所得到的核素比活度低，載體多。由于天然豐度的鋅靶材料價廉易得，因而采用天然豐度的鋅為靶材料，以氘核為入射粒子，用加速器來制備64Cu的方法也頗具吸引力。但使用該方法制備64Cu，可導致其他核素雜質的產生，除61，64Cu外，還有可能產生66，67Ga，65，69mZn以及57，58Co。醫用放射性藥物對其核純度、化學純度和比活度有相當高的要求，特別是用于單克隆抗體、多肽和蛋白質類放射性藥物的制備時，對放射性核素的比活度要求很高。因此，核素制備方法尤為重要。64Cu可以在小型醫用加速器上轟擊富集64Ni靶，通過核反應64Ni(p，n)64Cu 獲得高比活度無載體的64Cu。金屬Ni靶可以承受高束流質子的轟擊，可實現規?；a64Cu[2-3]。Ni是元素周期表中第Ⅷ族元素，其標準電極電位E0=-0.246 V[4]。加速器生產64Cu的基本原理是將Ni電沉積在靶托上，處理過的靶托作陰極，鉑片作陽極，鉑片連接電源正極發生陽極氧化：2Cl-+2e→Cl2↑，靶托連接電源負極，發生陰極還原Ni2++2e→Ni↓。

Ni靶制備所用靶托為紫銅，而目標核素是Cu，為了防止溶靶時銅靶托上的冷銅“漏穿”，有必要在鍍Ni層前在銅靶托上鍍上金膜。

用Cyclotron-30 加速器生產64Cu，照射用的Ni靶要求尺寸為100 mm×10 mm[5]，Ni靶層在鍍金膜上附著牢固。本工作旨在通過對電沉積過程中影響Ni靶層質量及厚度的各種因素進行研究，確定Ni靶制備工藝條件，制備鎳靶，用于Cyclotron-30質子回旋加速器生產64Cu。

1 主要設備與試劑

DH1718E-4雙路跟蹤穩壓穩流電源：北京大華無線電儀器廠產品；C64型指針精密電流表：哈爾濱電表儀器廠產品； DF-1集熱磁力攪拌器：浙江金壇榮華儀器制造有限公司產品；AR2130電子精密天平：奧豪斯國際貿易(上海)有限公司產品。聚四氟乙烯電沉積槽：自制；電動攪拌器：自制；電沉積槽陰陽極間距3.0 cm，陽極為片狀鉑，沉積槽容積為100 mL，電沉積面積為10 cm2。

NiCl2·6H2O、HCl：分析純，北京化學試劑公司產品。

2 實驗方法

2.1 電鍍液的配制

稱取一定量NiCl2·6H2O，溶于去離子水中，并加入鹽酸，攪拌均勻，得到電鍍液。

2.2 Ni靶的制備

在銅靶托上均鍍上金膜(20 mm×110 mm，15 μm )，金屬Ni靶層通過電沉積鍍在金膜上。Ni濃度40～50 g/L，鹽酸濃度0.05～0.5 mol/L，電沉積溫度20～50 ℃，攪拌器旋轉速度150～350 r/min，電流密度10～35 mA/cm2。并確定最佳的沉積液配方及電沉積條件。

3 結果與討論

3.1 電鍍條件的選擇

3.1.1Ni離子濃度對靶層質量厚度的影響

2.2節中其他條件不變，改變Ni離子濃度為10、30、40、50、60 g/L時鍍層的質量厚度結果列于表1 。

表1 Ni離子濃度對Ni靶質量影響

64Cu的制備需要采用富集64Ni靶材，而富集64Ni靶材昂貴，所以需要確定電沉積的Ni離子最小濃度。從表1可以看出，無論加熱與否，當Ni離子濃度低于40 g/L時，電沉積均不成功。因此確定Ni離子濃度為40～50 g/L。

3.1.2鹽酸濃度對靶層質量和質量厚度的影響

2.2節中其他條件不變，改變鹽酸濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.5 mol/L，考察其對靶層外觀質量和質量厚度的影響，結果列于表2。

表2數據表明，隨著鹽酸濃度增大，靶層質量厚度顯著下降。說明低酸度有利于電沉積。但由于氯化鎳在水溶液中有水解傾向，因此應加入少量鹽酸，抑制其水解。如果電鍍液不添加鹽酸，氯化鎳水解，產生大量黑渣滓，電沉積不成功。因此確定適當的鹽酸濃度為0.05～0.5 mol/L。

3.1.3電流密度對靶層質量厚度影響

2.2節其他條件不變，改變電流密度為10、33、50、66、133 mA/cm2，考察電流密度對靶層質量厚度的影響，結果示于圖1。

圖1 電流密度對Ni靶質量影響Fig.1 Eeffect of current density on performance of Ni target

由圖1可以看出，鍍層質量厚度隨電流密度的增大而增加。但當電流密度大于35 mA/cm2時，鍍層為黑色，用水沖洗鍍層有脫落現象，電沉積失敗。而當電流密度在10～35 mA/cm2時，可得到光滑平整銀灰色鍍層的Ni靶。因此選擇電流密度為10～35 mA/cm2。

3.1.4溫度對靶層質量及質量厚度的影響

2.2節中其他條件不變，改變電沉積溫度為20、40、60、80 ℃，考察溫度對靶層質量及質量厚度的影響，結果列于表3。

表3 電鍍溫度對Ni靶質量影響

表3數據表明，隨著溫度的升高，鍍層質量厚度增加，當溫度大于40 ℃，鍍層變得粗糙，不再光滑平整。低溫條件電沉積有利于提升靶件表面光潔度，并且實驗簡便易行，因此確定電鍍在40 ℃以下進行。

3.1.5攪拌速度對靶層質量和質量厚度的影響

2.2節中其他條件不變，改變攪拌器旋轉速度為150、250、350 r/min，考察攪拌速度對靶層質量和質量厚度的影響，結果列于表4。

表4 旋轉速度對Ni靶質量及質量厚度的影響

表4數據表明，隨著旋轉速度上升，靶厚會有所降低，說明金屬的沉積速率受到了攪拌器旋轉速度的影響，較快的旋轉速度會降低金屬離子的沉積速率，但影響并不大。靶件表面質量無明顯差異，均為光滑平整銀灰色，選定150～350 r/min作為電沉積條件。

3.2 最佳條件下的電鍍

通過上述實驗，確立了電沉積法制備Ni靶的最佳工藝條件：Ni離子濃度40～50 g/L，鹽酸濃度0.05～0.5 mol/L，電沉積溫度20～50 ℃，攪拌器旋轉速度150～350 r/min，電流密度10～35 mA/cm2。在上述工藝條件下制備的Ni靶，其SEM照片示于圖2。由圖2可見，靶件表面光滑、平整，靶層致密、牢固。

圖2 最佳條件下制備的Ni靶SEM圖(×500)Fig.2 Ni target surface in ×500 SEM

4 結 論

通過對影響Ni靶層質量和質量厚度的主要因素，如Ni離子濃度，鹽酸濃度，電沉積溫度，攪拌器旋轉速度，電流密度等的實驗研究，確定電沉積法制備Ni靶的最佳工藝條件。在此工藝條件下制備的Ni靶靶件表面光滑、平整，靶層致密、牢固，可作為Cyclotron-30質子回旋加速器生產64Cu的靶材料。

參考文獻：

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

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

[3] Jung Young Kim, Hyun Park, Jong Chan Lee, et al. A Simple Cu-64 Production and Its application of Cu-64 ATSM[J]. Appl Radiat Isot, 2009, 67 (7-8): 1 190-1 194.

[4] Shriver DF, Atkins PW, Langford CH. 無機化學[M].高憶慈，史棄禎，曾克慰,等譯. 北京：高等教育出版社，1997:788.

[5] 崔海平，王剛，張漢文，等.Cyclone-30質子回旋加速器的靶系統及生產用靶的制備[J].原子能科學技術,1996,30：46-50.

Cui Haiping， Wang Gang， Zhang Hanwen， et al. Study of Self-powered detectors for measarement of r-ray dose[J]. Atomic Energy Science and Technology, 1996, 30:46-50(in Chinese).