(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010521906.3
(22)申请日 2020.06.09
(71)申请人 西安迈斯拓扑科技有限公司
地址 710016 陕西省西安市经济技术开发
区凤城二路16号新世纪大厦11510室
(72)发明人 张宇皓 刘伯学 王思弘 王柏松
(74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限
公司 61211
代理人 汪海艳
(51)Int.Cl.
G21G 1/00(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明属于医用放射性核素领域，具体
涉及一种生产医用同位素225Ac方法和装置。解决
目前生产225Ac的方法存在的产量低，成本高、过
通过光核反应
产生225Ac，最后
对226Ra样品靶进行化学溶解，分离出225Ac，该方
法不仅不需要昂贵的229Th，而且成本低，简单方
便，
无放射性废物处理问题。权利要求书2页 说明书7页 附图7页CN 111724926 A 2020.09.29
C N 111724926
A
1.一种生产医用同位素225Ac的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用电子束辐照韧致辐射转换靶产生X射线光子束；
步骤2、利用所述X射线光子束照射226Ra样品靶；
步骤3、将照射过的226Ra样品靶冷却设定时间后，产生的225Ra经β-衰变成225Ac，对226Ra样品靶进行化学溶解，分离出225Ac。
2.根据权利要求1所述的生产医用同位素225Ac的方法，其特征在于：所述韧致辐射转换靶的材料为金属钨、金属钽或金属铂；所述226Ra样品靶的材料为粉末状硫酸钡和硫酸镭的混合物或单一的硝酸镭或盐酸镭，若为单一的硝酸镭或盐酸镭，则以铝为载体；
步骤1中，所述电子束的能量位于20MeV～60MeV之间；电子束平均功率位于1kW～120kW 之间；电子束的横截面尺寸小于所述226Ra样品靶靶面尺寸。
3.根据权利要求2所述的生产医用同位素225Ac的方法，其特征在于：步骤3中，所述设定时间为18天；所述韧致辐射转换靶的厚度为2-3.5mm；所述226Ra样品靶的厚度为10-20mm；226Ra样品靶靶盘或片的直径为20.0-30.0mm；电子束的横截面直径为10.0-15.0mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的生产医用同位素225Ac的方法，其特征在于，步骤3中采用如下步骤进行化学溶解及分离出225Ac：
步骤3.1、将冷却设定时间后的226Ra样品靶溶于9MHCl中；
步骤3.2、将上述溶液蒸干，残渣用浓度为0.1MHCl溶解成溶液；
步骤3.3、将0.1MHCl溶液转移到用Dowex-50阳离子交换剂填充的层析柱中；用9MHClO4洗涤柱，除去Al、Fe、Mg、Ra、Pa、Po、Pb和Bi；再用5MHNO3洗脱225Ac。
5.一种生产医用同位素225Ac的装置，其特征在于：包括靶室装置与至少一个电子加速器；
所述靶室装置包括箱体(1)、转换靶靶盒(2)、冷却管道与样品靶托架(3)；
所述转换靶靶盒(2)位于箱体(1)内；所述冷却管道包括进气管道(22)与出气管道(23)；所述进气管道(22)的一端与转换靶靶盒(2)左侧壁密封且连通，另一端与外部氦气冷环路系统相连；所述出气管道(23)的一端与转换靶靶盒(2)右侧壁密封且连通，另一端与外部氦气冷环路系统相连；所述转换靶靶盒(2)内部安装有固定的韧致辐射转换靶(20)，冷却管道内的氦气能够对韧致辐射转换靶(20)进行冷却；
所述样品靶托架(3)位于转换靶靶盒(2)内部，且能从转换靶靶盒(2)内取出；所述样品靶托架(3)内固定226Ra样品靶(33)，226Ra样品靶(33)的靶面与韧致辐射转换靶(20)的靶面相对且平行；冷却管道内的氦气能够对226Ra样品靶(33)进行冷却；
所述电子加速器包括真空管道(4)，所述真空管道(4)穿入箱体(1)垂直指向转换靶靶盒(2)侧壁；所述真空管道的中心轴线与进气管道(22)及出气管道(23)的中心轴线垂直，真空管道内的电子束以垂直于韧致辐
射转换靶(20)的方向轰击韧致辐射转换靶(20)产生X射线光子束，照射226Ra样品靶(33)。
6.根据权利要求5所述的生产医用同位素225Ac的装置，其特征在于：所述转换靶靶盒(2)的材料为不锈钢；韧致辐射转换靶(20)包括多个平行且间隔设置的靶片；氦气吹入各个靶片之间的间隙，对韧致辐射转换靶(20)进行冷却；
所述样品靶托架(3)包括架体(31)及固定在架体(31)一端的样品靶靶盒(32)；所述226Ra样品靶(33)位于样品靶靶盒(32)内，所述226Ra样品靶(33)包括多个平行且间隔设置
的226Ra样品靶片，氦气吹入各个靶片之间的间隙，对226Ra样品靶(33)进行冷却。
7.根据权利要求6所述的生产医用同位素225Ac的装置，其特征在于：每个226Ra样品靶的靶片厚度为0.5mm-1mm，相邻两个226Ra样品靶靶片之间的间隙为0.5-1mm；韧致辐射转换靶(20)中各个靶片的厚度为0.5mm，相邻两个靶片之间的间隙为0.5mm；韧致辐射转换靶(20)与226Ra样品靶(33)之间有1-3mm的间隔。
8.根据权利要求7所述的生产医用同位素225Ac的装置，其特征在于：还包括盲板(21)，转换靶靶盒(2)一端开口且开口端伸出箱体(1)固定在箱体上，所述盲板(21)以可拆卸的方式密封固定在转换靶靶盒(2)的开口端；样品靶托架(3)的架体与盲板(21)固连。
9.根据权利要求6-8任一所述的生产医用同位素225Ac的装置，其特征在于：所述电子加速器为两个；所述真空管道(4)的一端为真空窗，其中一个电子加速器真空管道的真空窗与转换靶靶盒(2)的前侧壁相对；另一个电子加速器真空管道的真空窗与转换靶靶盒(2)的后侧壁相对；真空窗与转换靶靶盒(2)之间具有间隙。
10.根据权利要求6-8任一所述的生产医用同位素225Ac的装置，其特征在于：所述电子加速器为两个；其中一个电子加速器真空管道的一端与转换靶靶盒(2)的前侧壁密封连接；另一个电子加速器真空管道的一端与转换靶靶盒(2)的后侧壁密封连接；
将电子束轰击的转换靶靶盒(2)的前侧壁和后侧壁的部分定义为靶窗(201)；所述靶窗为类凸凹透镜结构，凹陷方向指向转换靶靶盒(2)内部；且凹陷中心厚度小于边沿厚度；其中凸面为椭球面、球状面或平面。
一种生产医用同位素225Ac的方法和装置
技术领域
[0001]本发明属于医用放射性核素领域，具体涉及一种生产医用同位素225Ac方法和装置。
背景技术
[0002]随着现代医学对肿瘤诊疗的不断更新和发展，肿瘤的正在向精准化的靶向发展。除了靶向化疗药物外，靶向放射性核素药物越来越受到重视，前景非常广阔。经α粒子释放而衰减的放射性同位素，典型的如225Ac和213Bi(213Bi是225Ac的衰变子体)，正迅速成为对肿瘤的诊断和，特别是肿瘤靶向研究的趋势和重点领域，临床前的动物实验研究和初步的临床实践取得了很成功的结果。这主要是因为：1)225Ac有优良核物理性质，半衰期短(10天)，且其衰变子体221Fr和217At以及213Bi大都是短寿命的α粒子释放体，都能作为肿瘤靶向核素。225Ac的衰变链如图1所示。2)225Ac及其子体的释放α粒子的平均能量为6-8MeV，在组织中具有很高线性能量转移(LET)，高LET辐射的高沉积能量密度导致了大量肿瘤细胞DNA的双链断裂，对肿瘤细胞内DNA的杀伤效应大。3)这些高LET辐射粒子，LET值一般为80-99keV/μm，在组织中的作用距离很短(约2-100微米，即6-8个细胞范围内)，在这么短的距离内提供几乎所有的能量，所以他们只对肿瘤靶组织有巨大的杀伤，而对肿瘤靶组织周围正常组织几乎无毒副作用。这和目前效果很好的硼中子捕获技术(BNCT)是同样的道理。与使用直接电子束、伽马射线(目前广泛使用的外照射放疗技术)或医疗同位素的辐射(内照射)方法相比，这种方法精准，可大大减少对周围健康组织的损害。4)这些放射性同位素的组织生物效应好，他们能与摄取时间短的多肽和亲和血癌细胞的抗体等有机结合形成很强的肿瘤靶向性。可有效杀死大小在2-120微米范围内的癌细胞。如用一种干扰HER 2/neu受体的单克隆抗体对白血病、淋巴瘤、乳腺、卵巢、神经母细胞瘤和前列腺癌均有效。
[0003]225Ac目前主要是从233U衰变的229Th中提取，如图2，不仅229Th半衰期很长(T1/2＝7880y)，而且仅有很少部分转换为225Ac。由于233U全世界的量非常有限，所以宝贵。现在世界范围内229Th主要有三个来源，可以生产相关的225Ac。这些来源每一个都要从已经裂变的前体233U进行化学分离，过程复杂，放射性废料大。自1997年以来，美国ORNL每年只供应720mCi 的高纯度225Ac；俄罗斯奥宾斯克的物理和电力工程研究所也有类似的供应量；德国Karlsruhe的超铀元素研究所拥有较小的229Th源，每年只能生产350mCi的225Ac。导致全球范围内225Ac供应严重不足，价格高达1百万美元/mCi。所有这些225Ac即使是支持少数有限临床研究试验，也远远不能满足需求，更不要说临床应用和普遍推广了。
[0004]目前，用于临床研究225Ac的最主要方法是通过长寿命229Th的衰变，也有一些其它研究，以调查增加229Th母体或225Ac本身可用供应量的不同方法。但生产满足市场要求数量的229Th是具有挑战性的，因为它的半衰期非常长。
发明内容
[0005]为了解决目前生产225Ac的方法存在的成本高、过程复杂等问题，本发明公开了一种生产医用同位素225Ac方法和装置，用大功率高能电子束转换为韧致辐射轰击226Ra，通过
光核反应产生225Ac，该方法不仅不需要昂贵的229Th，而且产量高，成本低，简单方便，无放射性废物处理问题。
[0006]本发明的技术方案是提供一种生产医用同位素225Ac的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、利用电子束辐照韧致辐射转换靶产生X射线光子束；
[0008]步骤2、利用所述X射线光子束照射226Ra样品靶；
[0009]步骤3、将照射过的226Ra样品靶冷却设定时间后，产生的225Ra经β-衰变成225Ac，对226Ra样品靶进行化学溶解，分离出225Ac。
[0010]进一步地，所述韧致辐射转换靶的材料为金属钨、金属钽或金属铂；所述226Ra样品靶的材料为粉末状硫酸钡和硫酸镭的混合物或单一的硝酸镭或盐酸镭，若为单一的硝酸镭或盐酸镭，则以铝为载体。
[0011]进一步地，为了提高225Ra在样品靶的比活度，步骤1中，所述电子束的能量位于20MeV～60MeV之间；电子束平均功率位于1kW～120kW之间；电子束的横截面尺寸小于所述226Ra样品靶靶面尺寸。
[0012]进一步地，步骤3中，所述设定时间为18天；所述韧致辐射转换靶的厚度为2-3.5mm；所述226Ra样品靶的厚度为10-20mm；226Ra样品靶靶盘或片的直径为20.0-30.0mm；入射电子束的横截面直径为10.0-15.0mm。
[0013]进一步地，步骤3中采用如下步骤进行化学溶解及分离出225Ac：
[0014]步骤3.1、将冷却设定时间后的226Ra样品靶溶于9MHCl中；
[0015]步骤3.2、将上述溶液蒸干，用浓度为0.1MHCl溶解成溶液；
[0016]步骤3.3、将0.1MHCl溶液转移到用Dowex-50阳离子交换剂填充的层析柱中；用9MHClO4洗涤柱，除去Al、Fe、Mg、Ra、Pa、Po、Pb和Bi；再用5MHNO3洗脱225Ac。
[0017]本发明还提供一种生产医用同位素225Ac的装置，其特殊之处在于：包括靶室装置与至少一个电子加速器；
[0018]所述靶室装置包括箱体、转换靶靶盒、冷却管道及样品靶托架；
[0019]所述转换靶靶盒位于箱体内；所述冷却管道包括进气管道与出气管道；所述进气管道的一端与转换靶靶盒左侧壁密封且连通，另一端与外部氦气冷环路系统相连；所述出气管道的一端与转换靶靶盒右
侧壁密封且连通，另一端与外部氦气冷环路系统相连；所述转换靶靶盒内部安装有固定的韧致辐射转换靶，冷却管道内的氦气能够对韧致辐射转换靶进行冷却；
[0020]所述样品靶托架位于转换靶靶盒内部，且能从转换靶靶盒内取出；所述样品靶托架内固定226Ra样品靶，226Ra样品靶的靶面与韧致辐射转换靶的靶面相对且平行；冷却管道内的氦气能够对226Ra样品靶进行冷却；
[0021]所述电子加速器包括真空管道，所述真空管道穿入箱体垂直指向转换靶靶盒侧壁；所述真空管道的中心轴线与进气管道及出气管道的中心轴线垂直，真空管道内的电子束以垂直于韧致辐射转换靶的方向轰击韧致辐射转换靶产生X射线光子束，照射226Ra样品
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