高效 [18F] 氟化物预浓缩微柱：核医学影像的创新突破

《EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry》：High-efficiency [18F]fluoride pre-concentration using a laser-micromachined anion-exchange micro-cartridge

研究人员为解决传统合成方法问题，开展 [18F] 氟化物预浓缩研究，开发微柱，提高效率，助力核医学。

　　在现代医学中，正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）就像是医生手中的 “透视眼”，能帮助医生在不侵入人体的情况下，清晰地观察到体内的代谢活动。而 [¹⁸F] 氟化物，作为 PET 检查中备受青睐的 “小助手”，凭借其独特的物理和化学性质，在过去十年里，在非侵入性成像领域尤其是 PET 中的应用显著增加。它的低正电子能量（0.635 MeV）和长达 109.7 min 的半衰期，让它能够为医生争取到足够的时间来研究持续超 100 min 的生物过程，这是其他短寿命 PET 放射性核素如碳 - 11（¹¹C，20.4 min）和氧 - 15（¹⁵O，2.04 min）所无法比拟的。

然而，在 [¹⁸F] 氟化物的制备过程中，却存在着一些棘手的问题。传统的亲核氟化合成方法大多需要进行共沸干燥步骤，这个步骤不仅耗时（10 - 15 min），还会导致放射性损失（≤30%），使得合成过程变得复杂，甚至可能因为干燥失败或 [¹⁸F] 氟化物无水程度不足，而降低放射性标记产率，最终导致合成失败。

为了解决这些问题，来自巴西核能与能源研究所（Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares，IPEN/CNEN-SP）的研究人员 Antonio Arleques Gomes 等人开展了一项极具创新性的研究。他们致力于开发一种新型的微柱，用于 [¹⁸F] 氟化物的捕获和洗脱，期望通过这种方式提高放射性药物的制备效率，为核医学领域带来新的突破。这项研究成果发表在《EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry》杂志上。

研究人员在开展研究时，运用了多个关键技术方法。首先，他们使用钛宝石（Ti）激光（800 nm，30 fs 脉冲宽度，10 kHz 重复频率）对硼硅酸盐光学玻璃（BK7）进行微加工，制造出了具有特殊结构的微柱。其次，通过在微柱中填充 QMA 阴离子交换树脂，实现对 [¹⁸F] 氟化物的捕获和洗脱。在整个实验过程中，利用 Capintec 放射性同位素剂量校准器测量氟 - 18 放射性，借助高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）分析放射性标记产物，以此来评估实验效果。

下面来看具体的研究结果：

1. 微柱的制备与组装：研究人员分两步对 BK7 玻璃进行微加工，精确控制微柱的几何特征。第一步，将粒子储液器和进出通道加工至 304 μm 深度；第二步，使用 15 μJ 脉冲加工深度为 312 μm 的微柱，确保微柱深度略大于储液器，便于液体排出。微柱间距为 40 μm，与 QMA 树脂颗粒平均尺寸（46 ± 9）μm 相匹配。组装时，每次实验都手动填充新的 QMA 树脂，并使用与粒子床几何形状匹配的丙烯酸掩模防止树脂溢出。最终组装好的微柱在压力超过 16 psi 时仍无泄漏，展现出良好的密封性。
2. 微柱捕获和洗脱 [¹⁸F] 氟化物的效率：在不同活性水平下测试微柱的捕获效率（Trapping Efficiency，TE）和回收效率（Recovery Efficiency，RE）。对于中等活性（≤10 GBq）的实验，平均 TE 为（98.2 ± 4.7）%，RE 为（98.7 ± 2.7）%；在生产活性（>110 GBq）的实验中，平均 TE 为（91.5 ± 2.9）%，RE 为（93.9 ± 1.8）%。不过，在高活性实验中，当洗脱体积减少至 50 μL 时，RE 显著降低，这表明洗脱液中的水含量、碳酸钾（K₂CO₃）量以及高活性下 [¹⁸F] 氟化物的浓度都会对 RE 产生影响。
3. [¹⁸F] 氟米索硝唑（[¹⁸F] FMISO）的放射合成产率：在不进行共沸干燥的情况下，研究人员利用微柱洗脱的 [¹⁸F] 氟化物合成 [¹⁸F] FMISO。实验结果显示，[¹⁸F] 氟化物在微柱洗脱步骤中完全掺入中间产物（THP 保护的 [¹⁸F] FMISO），放射化学转化率（Radiochemical Conversion，RCC）达到 100%。经过水解和纯化后，最终产品的分离效率（Isolation Efficiency，IE）高于 80%，整个手动合成过程在 30 min 内完成，总体校正放射化学产率（Radiochemical Yield，RCY）估计为 78%。

在研究结论和讨论部分，研究人员开发的这种基于激光微加工的 BK7 玻璃微柱，为 [¹⁸F] 氟化物的预浓缩和标记提供了一种高效的解决方案。与以往研究相比，该微柱在高活性（>110 GBq）下展现出更高的 RE，并且在不进行共沸干燥的情况下实现了 [¹⁸F] FMISO 的高效合成。这一成果不仅简化了放射性药物的制备过程，提高了放射标记效率，还为微流控技术与传统合成模块的集成开辟了新途径，有望提升放射性药物的特定活性和合成产率，推动核医学领域的发展，为全球患者带来更好的医疗服务。未来，研究人员还将进一步探索更经济的材料，优化微柱的生产策略，以实现大规模生产，让这项技术能够更广泛地应用于临床和商业领域。