低成本医学成像新突破：铜-64同位素反冲化学生产简化

铜同位素Cu-64在医学中扮演着重要角色：它用于成像过程，并且在癌症治疗中显示出潜力。然而，它在自然界中并不存在，必须通过人工生产——这是一个复杂且昂贵的过程。

到目前为止，Cu-64是通过用质子轰击镍原子产生的。当镍核吸收一个质子时，它会转化为铜。

然而，在维也纳科技大学，现在展示了一种新的方法：Cu-63可以通过在研究反应堆中进行中子辐照转化为Cu-64。这得益于一种特殊的原理——所谓的“反冲化学”。这项工作已经在期刊 Dalton Transactions 中 发表。

铜原子含有29个质子，而中子数量可以有所不同。最常见的自然变体是Cu-63，它有34个中子且是稳定的。相比之下，Cu-64多了一个中子，因此是放射性的，其半衰期约为13小时。

这使得Cu-64在医学上很有吸引力。它在体内运输到目标位置的时间足够长，同时衰变速度又快，能够保持患者的辐射暴露在低水平。

“现在，Cu-64一般是在回旋加速器里生产的，”维也纳科技大学的维罗妮卡·罗泽克解释道。“你可以通过拿Ni-64并用质子轰击它来生产Cu-64。镍的原子核吸收质子，排出一个中子，从而转变为铜-64。”

这种方法效果很好，但成本高昂——并且需要使用回旋加速器和富集的镍-64同位素，而后者本身就是一种稀有同位素。

多一个中子的铜

因此，自然想到一个更简单的替代方案：直接从铜-63 生产铜-64。只需要添加一个中子——这是研究反应堆可以提供的。

但这种方法存在一个挑战。“当铜-63 受到中子辐照时，确实会产生铜-64 核，但几乎不可能将它们从普通铜原子中化学分离出来，”马丁·普雷斯勒说。“最后得到的混合物主要由普通铜组成，只有微量的所需的铜-64。”

然而，现在这个问题已经通过反冲化学得以解决。这种效应已经被认识近一个世纪，但之前并未用于生产医学相关的放射性同位素。在辐照之前，铜原子被构建成特别设计的分子里。

“当这样的分子中的一个Cu-63原子吸收一个中子并变成Cu-64时，它会短暂地储存大量的过剩能量，并以伽马辐射的形式释放，”罗泽克说。这种高能光子的发射让原子产生反冲——就像火箭在排放废气时的反冲一样。这个反冲力足够强，可以把铜原子从分子中弹出。

“这意味着Cu-63和Cu-64现在可以被轻松分离，”罗泽克说。“Cu-63原子仍然被束缚在分子中，而新形成的Cu-64原子则被释放出来。这让化学上分离这两种同位素变得简单。”

找到合适的分子

一个关键挑战是找到合适的分子。它需要足够稳定，能够承受核反应堆内部的条件，同时又要足够可溶，以便后续进行有效的化学处理。

“我们使用一种金属有机复合物实现了这一点，它类似于血红素——人类血液中的分子，”普雷斯勒解释道。之前也研究过类似的物质，但它们不易溶解。新的复合物经过化学改性，使其变得可溶，从而能够在中子辐照后轻松回收Cu-64。

这个方法可以实现自动化，分子可以重复使用而不会损失，而且——不需要回旋加速器——只需像维也纳科技大学那样的研究反应堆。

更多信息： 马丁·普雷斯勒等，基于反应堆的快速简便铜-64生产，具有高摩尔活性，使用反冲化学，道尔顿交易所（2025）。 数字对象标识符（DOI）：10.1039/d5dt02046h