방사성 트레이서

Radioactive tracer

방사성 추적기, 방사성 추적기 또는 방사성 라벨은 1개 이상의 원자가 방사성 핵종으로 대체된 화합물이다. 따라서 방사성 붕괴로 인해 방사성 동위원소가 반응물질에서 생성물로 이어지는 경로를 추적하여 화학반응 메커니즘을 탐색할 수 있다.따라서 방사선 라벨링 또는 방사선 추적은 동위원소 라벨링의 방사성 형태이다.생물학적 맥락에서 방사성 동위원소 추적기의 사용은 때때로 방사성 동위원소 공급 실험이라고 불린다.

수소, 탄소, 인, 황, 요오드의 방사성 동위원소는 생화학 반응의 경로를 추적하기 위해 광범위하게 사용되어 왔다.방사성 트레이서는 세포나 [1]조직 등의 자연계 내 물질의 분포를 추적하거나 유체 흐름을 추적하는 흐름 트레이서로서도 사용할 수 있다.방사성 추적기는 천연가스 생산 [2]시 유압 파쇄로 인해 발생하는 파열의 위치를 파악하는 데도 사용된다.방사성 추적기는 PET 스캔, SPECT 스캔 및 테크네튬 스캔과 같은 다양한 영상 시스템의 기초를 형성합니다.방사성 탄소 연대 측정법은 자연적으로 발생하는 탄소-14 동위원소를 동위원소 라벨로 사용한다.

방법론

화학 원소의 동위원소는 질량수만 다르다.예를 들어, 수소 동위원소는 H, H, H로 표기할 수 있으며, 질량수는 왼쪽 위에 표기된다.동위원소의 원자핵이 불안정할 때, 이 동위원소를 포함하는 화합물은 방사능이다.삼중수소는 방사성 동위원소의 한 예이다.

방사성 추적기를 사용하는 원리는 화학 화합물 내의 원자가 동일한 화학 원소의 다른 원자로 대체된다는 것입니다.그러나 대체 원자는 방사성 동위원소이다.이 과정은 흔히 방사성 라벨링이라고 불린다.이 기술의 힘은 방사성 붕괴가 화학 반응보다 훨씬 더 강력하기 때문이다.따라서 방사성 동위원소는 저농도로 존재할 수 있으며 가이거 계수기와 섬광 계수기와 같은 민감한 방사선 검출기에 의해 검출된다.조지 드 헤베시는 1943년 "화학적 과정 연구에서 동위원소를 추적자로 사용한 연구"로 노벨 화학상을 수상했다.

방사성 추적기를 사용하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다.

  1. 라벨이 부착된 화합물이 화학반응을 일으킬 경우, 1개 이상의 제품에는 방사성 라벨이 포함된다.방사성 동위원소에 일어나는 일을 분석하면 화학반응 메커니즘에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있다.
  2. 방사성 화합물을 생물체에 도입하고 방사성 동위원소는 해당 화합물 및 그 반응 생성물이 생물체 주위에 분포하는 방법을 나타내는 화상을 구성하는 수단을 제공한다.

생산.

일반적으로 사용되는 방사성 동위원소는 반감기가 짧기 때문에 자연에서 대량으로 발생하지는 않는다.그것들은 핵반응에 의해 생성된다.가장 중요한 과정 중 하나는 원자핵에 의한 중성자 흡수이다. 원자핵에서는 중성자가 흡수될 때마다 관련 원소의 질량수가 1씩 증가한다.예를들면,

13C + n → C

이 경우 원자 질량은 증가하지만 원소는 변경되지 않습니다.다른 경우에는 생성물 핵이 불안정하고 붕괴되어 일반적으로 양성자, 전자(베타 입자) 또는 알파 입자를 방출합니다.핵이 양성자를 잃으면 원자 번호는 1만큼 감소한다.예를들면,

32S + n → P + p

원자로에서 중성자 조사를 실시한다.방사성 동위원소를 합성하는데 사용되는 또 다른 주요 방법은 양성자 충격이다.양성자는 사이클로트론이나 선형 [3]가속기에서 높은 에너지로 가속됩니다.

트레이서 동위원소

수소

삼중수소(수소-3)는 Li의 중성자 조사에 의해 생성된다.

6Li + n → He + H

삼중수소는 반감기가 4500±8일(약 12.32년)[4]이고 베타 붕괴에 의해 분해된다.생성된 전자는 평균 5.7 keV의 에너지를 가집니다.방출된 전자는 상대적으로 에너지가 낮기 때문에 섬광 계수에 의한 검출 효율은 다소 낮다.그러나, 수소 원자는 모든 유기 화합물에 존재하기 때문에, 삼중수소는 생화학 연구에서 추적자로 자주 사용된다.

카본

11C는 반감기가 약 20분인 양전자 방출에 의해 분해된다.11C는 양전자 방출 [3]단층촬영에서 자주 사용되는 동위원소 중 하나이다.

14C는 베타 붕괴에 의해 붕괴되며 반감기는 5730년입니다.그것은 지구 상층 대기에서 지속적으로 생성되기 때문에 환경에서 미량 수준으로 발생합니다.그러나 추적기 연구에 자연 발생 C를 사용하는 것은 실용적이지 않습니다.대신 탄소에서 자연적으로 발생하는 동위원소 C의 중성자 조사에 의해 생성된다.14C는 대사 [5]경로를 통해 유기 분자의 진행을 추적하기 위해 광범위하게 사용되어 왔다.

질소

13N은 9.97분의 반감기로 양전자 방출에 의해 붕괴된다.그것은 핵반응에 의해 생성된다.

1H + O → N + He

13N은 양전자 방출 단층 촬영(PET 스캔)에 사용됩니다.

산소

15O는 122초의 반감기로 양전자 방출에 의해 분해된다.그것은 양전자 방출 단층촬영에 사용된다.

불소

18F는 주로 β 방출에 의해 분해되며, 반감기는 109.8분이다.그것은 사이클로트론이나 선형 입자 가속기에서 O의 양성자 충격에 의해 만들어진다.방사성 의약품 산업에서 중요한 동위원소이다.예를 들어, PET [3]스캔에 적용할 FDG(불소옥시글루코스)를 만드는 데 사용됩니다.

인

32P는 S의 중성자 충격에 의해 만들어진다.

32S + n → P + p

그것은 베타 붕괴에 의해 붕괴되며 반감기는 14.29일이다.그것은 생화학에서 키나아제에 의한 단백질 인산화 연구를 위해 일반적으로 사용된다.

33P는 P의 중성자 충격에 의해 상대적으로 낮은 수율로 만들어진다.또한 베타 이미터이며, 반감기는 25.4일입니다.P보다 비싸지만 방출된 전자는 덜 에너지적이며, 예를 들어 DNA 염기서열 분석에서 더 나은 분해능을 가능하게 한다.

두 동위원소 모두 뉴클레오티드와 인산기를 포함하는 다른 종들의 표기에 유용하다.

유황

35S는 Cl의 중성자 충격에 의해 만들어진다.

35Cl + n → S + p

그것은 베타 붕괴에 의해 87.51일의 반감기로 붕괴된다.황 함유 아미노산 메티오닌 및 시스테인을 표시하기 위해 사용됩니다.황 원자가 뉴클레오티드의 인산기 산소 원자를 대체할 때 티오인산이 생성되므로 S는 인산기를 추적하는 데 사용될 수도 있다.

테크네튬

주요 기사: technetium-99m

99mTc는 매우 다용도 방사성 동위원소이며 의학에서 가장 일반적으로 사용되는 방사성 동위원소 추적기입니다.Mo의 붕괴로 테크네튬-99m 발생기에서 쉽게 생산할 수 있습니다.

99Mo → Tc + e−
 + δ
e

몰리브덴 동위원소는 반감기가 약 66시간(2.75일)이므로 발생기의 내용수명은 약 2주이다.대부분의 상용 Tc 발생기는 Molybdate 형태의 MoO가42− 산성 알루미나(AlO23)에 흡착되는 컬럼 크로마토그래피를 사용합니다.Mo가 분해되면 기술 단위 TcO를4− 형성합니다. TcO는 단일 전하로 인해 알루미나에 덜 단단히 결합됩니다.고정화된 Mo 기둥을 통해 일반 식염수 용액을 당기면 수용성 Tc가 용출되어 Tc를 과테크네테이트의 용해된 나트륨 소금으로 포함하는 식염수 용액이 된다.Pertechnetate는 Sn, 배위자 등의2+ 환원제로 처리한다.서로 다른 배위자가 배위 복합체를 형성하여 인체의 특정 부위에 테크네튬의 친화력을 강화시킨다.

99mTc는 감마 방출에 의해 감소하며 반감기는 6.01시간입니다.반감기가 짧기 때문에 방사성 동위원소의 체내 농도가 며칠 안에 효과적으로 0으로 떨어집니다.

요오드

주요 기사:요오드 동위 원소

123나는 Xe의 양성자 조사에 의해 생성된다.생성된 세슘 동위원소는 불안정하고 I로 부패한다.동위원소는 보통 높은 동위원소 [6]순도로 요오드화물 및 하이포요오드산염으로 희석된 수산화나트륨 용액에 공급된다.123나는 또한 Te의 양성자 폭격으로 [7]Oak Ridge 국립 연구소에서 생산되었다.

123나는 13.22시간의 반감기로 전자 포획에 의해 분해된다.방출된 159 keV 감마선은 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPEC)에 사용된다.127 keV 감마선도 방출됩니다.

125나는 비교적 긴 반감기(59일)와 감마 [8]카운터에 의해 고감도 검출이 가능하기 때문에 방사선 면역 측정에 자주 사용된다.

129나는 대기 중 핵무기 실험의 결과로 환경에 존재한다.그것은 체르노빌과 후쿠시마 재해에서도 생산되었다.129나는 1570만 년의 반감기와 낮은 에너지 베타와 감마 방출로 붕괴한다.인간을 포함한 생물에 존재하는 것은 감마선 측정에 의해 특징지을 수 있지만 추적자로는 사용되지 않는다.

기타 동위원소

주요 기사: 방사선 약리학

많은 다른 동위원소들이 전문 방사선 약리학 연구에 사용되었다.가장 널리 사용되는 것은 갈륨 스캔에 사용되는 Ga이다.67Ga는 Tc와 마찬가지로 감마선 이미터이며 다양한 배위자가 Ga 이온에3+ 부착되어 인체 내 특정 부위에 선택적 친화력을 가질 수 있는 배위 복합체를 형성할 수 있기 때문에 사용된다.

유압 파쇄에 사용되는 방사성 추적기의 광범위한 목록은 다음과 같다.

어플

다음 항목도 참조하십시오.핵의학, PET 방사선 추적기 목록 및 수압 파쇄와 관련된 방사성핵종

대사 연구에서 삼중수소와 C-표지 포도당은 포도당 흡수율, 지방산 합성 및 기타 대사 [9]과정을 측정하기 위해 포도당 클램프에 일반적으로 사용된다.방사성 추적기가 인간 연구에서 여전히 사용되는 반면, C와 같은 안정 동위원소 추적기는 현재 인간 클램프 연구에서 더 일반적으로 사용된다.방사성 추적기는 또한 인간과 실험 [10]동물들의 리포단백질 대사를 연구하기 위해 사용된다.

의학에서 트레이서는 단광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPEC), 양전자 방출 단층 촬영(PET) 및 신티그래피를 포함한 오토라디오그래피 및 핵의학에서의 Tc와 같은 여러 테스트에 적용된다.헬리코박터균에 대한 요소 호흡 검사에서는 일반적으로 요소 라벨이 붙은 C를 사용하여 h. pylori 감염을 검출했습니다.만약 라벨이 붙은 요소가 위에서 h. pylori에 의해 대사된다면, 환자의 호흡에는 라벨이 붙은 이산화탄소가 포함될 것이다.최근에는 비방사능 동위원소 C에서 농축된 물질의 사용이 선호되고 있어 환자가 방사능에 [11]노출되는 것을 피하고 있다.

유압파쇄에서는 방사성 트레이서 동위원소에 유압파쇄유체를 주입하여 주입프로파일 및 생성된 [2]파쇄위치를 결정한다.유압 파쇄의 각 단계에는 서로 다른 반감기가 있는 트레이서가 사용됩니다.미국에서는 방사성핵종의 주입당 양이 미국 원자력규제위원회([12]NRC) 지침에 열거되어 있다.NRC에 따르면 가장 일반적으로 사용되는 추적기에는 안티몬-124, 브롬-82, 요오드-125, 요오드-131, 이리듐-192 및 스칸듐-46이 [12]포함된다.2003년 국제원자력기구가 발표한 자료에 따르면 위의 추적기 대부분이 자주 사용되고 있으며 망간-56, 나트륨-24, 테크네튬-99m, 은-110m, 아르곤-41, 크세논-133도 쉽게 식별되고 [13]측정되기 때문에 광범위하게 사용되고 있다.

레퍼런스

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