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學術動態

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南華大學韋悅周教授團隊成功提取高純醫用同位素鉛-212及鉍-212

發布時間: 2024-12-11 點擊:

近日,南華大學核科學技術學院韋悅周教授團隊在從天然釷衰變鏈中高效分離提取醫用同位素方面取得突破性進展,成功實現了從百克級硝酸釷中分離得到了高純醫用同位素鉛-212及鉍-212。

據了解,鉛-212/鉍-212是目前最具應用前景的醫用阿爾法(α)放射性核素之一。由于其合適的半衰期(鉛-212半衰期10.6小時,鉍-212(半衰期60.6分鐘)及良好的輻射生物學效應,鉛-212/鉍-212可應用于多種惡性腫瘤如乳腺癌、胰腺癌以及前列腺癌等的靶向α核素治療(Targeted Alpha-Nuclide Therapy,簡稱TAT)。然而,由于來源稀缺,現階段鉛-212/鉍-212靶向藥物研發和臨床應用在國內外均受到嚴重制約。2021年國家原子能機構等八部委共同發布的《醫用同位素中長期發展規劃(2021-2035年)》明確提出,要加強醫用同位素研發、生產與應用技術研究,建立穩定自主的醫用同位素供應保障體系,徹底扭轉受制于人的局面。建立高效的鉛-212/鉍-212生產制備技術對于實現我國重要醫用同位素的自給自足、助推健康中國建設具有重要意義。

圖1釷-232和鈾-232的衰變鏈及各核素半衰期

目前,鉛-212/鉍-212的來源主要有兩條途徑(如圖1所示)。一條是鈾-232的衰變鏈,另一條是天然釷-232的衰變鏈。鈾-232本身生產技術門檻高、投入大,且世界上主要幾座用于醫用同位素生產的反應堆已因壽命期限退役或即將退役,因而獲得足量的鈾-232十分困難。從天然釷衰變鏈中分離提取鉛-212/鉍-212的方法一般經過共沉淀、選擇吸附相結合的三、四道分離工藝,分離步驟多且復雜,耗時長(鐳-228半衰期為5.75年),在等待衰變及分離提取過程中短壽命核素鉛-212和鉍-212大量損失。

相比之下,若能從天然釷中直接高選擇性分離提取鉛-212和鉍-212,則提取工藝將變得更為簡單和高效,所需釷-232原料量也會大幅減少。韋悅周教授團隊立足我國擁有獨居石等豐富的釷資源優勢,自2022年起組織團隊開展從天然釷中分離提取鉛-212和鉍-212的攻關研究。

針對從大量釷中高效分離提取微量短壽命核素鉛-212及鉍-212的技術難題,韋悅周教授團隊的陳立豐博士課題組持續開展吸附分離科研攻關,首次發現攜帶1-甲基吡啶基團的多孔二氧化硅負載型陰離子交換樹脂在鹵素介質中對鉛及鉍離子具有高選擇吸附性,而不吸附釷及其衰變鏈中的其它核素離子。鑒于此,韋悅周教授團隊獨自開發了新型吸附材料——多孔二氧化硅負載型陰離子交換樹脂。該材料具有吸附/脫附速度快、分離效率高、設備規模小、二次廢物量少等優點,尤其適合于鉛-212及鉍-212等短壽命放射性核素的高效快速提取,能顯著降低目的核素的衰變損失量。由于硅基樹脂的通液壓降小,可采用高流速的進料以提高處理效率,能夠適用于日處理量噸級以上天然釷-232原料的工業規模分離工藝。

阿爾法核素治療應用的全產業鏈包括“上游”—α核素的生產供應、“中游”—靶向核藥研發與制備及“下游”—核藥臨床應用的各個環節。其中,α核素的生產供應可謂是全產業鏈的“龍頭”,也是制約后端產業鏈發展的關鍵因素之一。韋悅周教授團隊的研究成果,有望從根本上解決當前全球鉛-212和鉍-212供應不足的瓶頸問題。

韋悅周教授表示,在上述研究成果基礎上,除了鉛-212及鉍-212之外,團隊正在繼續攻關以進一步從天然釷衰變鏈中分別提取鐳-228、釷-228及鐳-224核素,爭取未來在保障國內供給的基礎上,能同時覆蓋全球的相關醫療需求。團隊將結合南華大學的科研資源優勢,同時謀求廣泛合作,努力促進上-中-下游的協同發展,推動從技術創新到產業化落地的全鏈條整合,為α核素治療的推廣應用奠定堅實基礎。

目前,相關研究成果已申報國家發明專利,部分研究成果已在國際期刊Chem.Eng.J.及J. Radioanal. Nucl. Chem.上發表。

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https://doi.org/10.1007/s10967-024-09607-2

韋悅周教授(左二)在帶領團隊成員做實驗

南華大學韋悅周教授團隊主要研究方向為“乏燃料先進后處理、醫用同位素分離提取、放射性廢物處理及環境治理”,即圍繞國家核能發展規劃和健康中國建設的重大戰略需要,聚焦以放射性核素分離為核心的前沿基礎及技術創新研究。團隊自2021年成立以來,主持國家自然科學基金重點類項目3項、面上/青年基金7項以及科技部青年科學家項目、中國科協青年人才托舉項目、湖南省高層次人才引進創新團隊項目、湖南省科技創新計劃項目、湖南省芙蓉實驗室科研攻關重點項目、國家同位素工程技術研究中心開放課題等。并承擔中廣核研究院以及中國原子能科學研究院等的科研合作項目多項。已在Chem. Eng. J., Sep. Purif. Technol., J. Hazard. Mater, J. Clean. Prod.,J. Colloid Interf. Sci.,J. Radioanal. Nucl. Chem.等國際一流期刊上發表了學術論文128篇,申請專利12項。