KR20230174223A - 방사성 동위원소들의 생산, 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템 - Google Patents
방사성 동위원소들의 생산, 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
의료, 산업, 농업 및 에너지 적용들을 위해 방사성 동위원소들의 생산, 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템.
Description
본 발명은 방사성 동위원소들의 생산, 분리, 및 정화를 위한 방법들, 장치, 디바이스 및 시스템들에 관한 것이다.
본 개시는 일반적으로 화학, 방사화학, 방사선생물학, 전기화학, 핵 물리학, 고에너지 물리학, 약리학, 의학 물리학, 핵 화학의 분야에 관한 것이고, 특히, 프로세스에 의해 생산되는 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류, 란타니드들, 악티니드들 및 초중 방사성핵종들을 함유하는 변환된 결과적인 표적 재료로부터 알파 방출 방사성핵종들, 베타 방출 방사성핵종들, 감마/X-선 방출 방사성핵종들의 생산, 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이며, 표적 원소들(주기율표의 임의의 하나 이상의 원소, 예를 들어 수소 내지 우라늄 및 초우라늄 원소들)은 원소들의 변환 및 알파 방출 방사성핵종들, 베타 방출 방사성핵종들, 오거 전자들, 전자 포획 방출, 감마/X-선 방출 방사성핵종들의 생산을 위해, 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 : WO 2016/181204 A1에 기초함)과 반응된다. 생산된 방사성 동위원소들은 암, 심장 마비 및 뇌 장애와 같은 생명 위협 질병들을 치료하는 핵 의학, 산업 응용들, 알파 볼타 셀들, 베타 볼타 셀들, 방사성 동위원소 기반 열전기 발생기들, 하늘, 바다 및 도로 수송 시스템을 위한 방사성 동위원소 기반 배터리들, 주거, 상업, 산업, 수송을 위한 그리고 농업 사용들을 위한 에너지 및 다른 에너지 적용들, 의료 치료, 연구, 이미징 및 또한 의료적으로 관련되지 않은 수개의 적용들에 사용될 것이다.
일반적으로, 또한 방사성 동위원소, 방사성핵종, 또는 방사성 원자핵으로 공지된 방사능 동위원소는 알파, 베타, 또는 감마선들의 형태로 에너지 또는 방사선을 방출함으로써 안정되거나 더 안정된, 더 낮은 에너지 상태(모 상태로부터 딸 상태로 전이됨)를 달성하는 에너지적으로 불안정한 전자이다. 동위원소는 공통 원소와 동일한 화학적 성질들 및 원자 번호를 갖지만 상이한 원자량을 갖는 임의의 원소이다. 방사성 동위원소의 이러한 불안정한 원자핵은 자연적으로 발생할 수 있거나 표적 원소들을 많은 다른 새로운 원소들로 변환하는 변환 프로세스에 의해 생산될 수 있다.
방사성 동위원소들은 수개의 분야들의 연구, 방사성의약품 연구들, 산업, 생물학, 환경, 의학, 국가 안보, 농업, 및 생명 과학들에 사용되는 효율적인 도구이다. 의료 분야에서, 방사성 동위원소들은 진단, 치료, (진단 목적들을 위한 트레이서들), 질병들의 생화학적 분석, 예를 들어 방사면역치료(RIT), 생물학적 분배 연구들, PET 이미징, 단일 광자 방출 단층 촬영(SPECT), 감마 분광분석, 표적 알파 치료(TAT), 방사선색전술, 오거 요법 등을 위해 종양학, 인터벤션 영상의학/심장학 및 다른 관련 의학들에 사용된다. 산업에서, 방사성 동위원소들은 플라스틱 또는 금속 시트들의 두께를 측정하기 위해 사용되고 또한 큰 X-선 머신들 대신에 이용될 수 있어 구조적 결함들에 대한 제작된 금속 부분들을 검사한다. 다른 중요한 적용들은 우주선들, 페이스메이커들, 의료 이식가능 디바이스들, 원거리 지역들 내의 자동화 과학 기지들 및 수중 시스템들과 같은 수개의 에너지 집약 장비를 위한 전기 전력의 컴팩트 소스들로서 사용될 수 있는 방사성 동위원소 열전기 발생기(RTG)와 같은 원자 또는 핵 배터리들(알파 볼타/베타 볼타 배터리들)을 제조하기 위해 방사성 동위원소들의 사용을 포함한다. 일부 예들은 뫼스바우어 분광, 원자 핵들을 수반하는 구조들 및 반응들의 조사들, 액 디바이스 검출, 방사성 동위원소 열전기 발전 및 다른 핵 배터리들, 핵 확산 금지, 암 치료들 및 진단을 포함한다.
산업 응용들은 중성자 방사선사진술, 순간 감마선 중성자 활성화 분석("PGNAA") 및 방사성 가스 누출 테스팅을 포함한다. 의료 적용들은 방사성 의약들, 근접치료, 의료 이미징 및 붕소 중성자 포획 치료("BNCT")를 포함한다.
현재 파종성 질병의 어떠한 효과적인 치료도 없다. 화학요법이 단기간에 걸쳐 전이 질병을 싸우는 데 효과적일 수 있지만, 재발들은 화학요법 제에 저항하기 위해 암 세포의 능력으로 인해 궁적으로 발생한다. 전이 질병의 치료는 아마도 모든 의료 실시에서, 암 치료의 가장 큰 미충족 의료 요구이다. 알파 방출 방사성핵종들은 적절한 암-타켓팅 벡터와 결합될 때, 전이 암에 대한 효과적인 치료일 잠재력을 갖고, 또한 구획적으로 제약된 암들(예를 들어, 난소 및 췌장 암들)의 치료 및 수술 후의 최소 잔류 암의 치료에서의 사용에 고유하게 적합하다. 표적 알파 치료 제들의 개발에서 다수의 미지수가 있지만, 그들의 사용은 많은 암들에 대한 치료 결과들에서 실질적인 개선들을 할 잠재력을 갖는다.
방사성 동위원소 들의 리스트 및 그들이 사용될 수 있는 것:
3H, 7Be, 8Be, 10Be, 10B, 14C, 13N, 15O, 18F, 28Mg, 26Al, 32Si, 32P, 33P, 36Cl, 37Ar, 39Ar, 42Ar, 32K, 42K, 43K, 41Ca, 45Ca, 46Ca, 47Ca, 48Ca, 44Sc, 44mSc, 46Sc, 47Sc, 44Ti, 51Cr, 52Mn, 54Mn, 56Mn, 52Fe, 54Fe, 55Fe, 59Fe, 60Fe, 55Co, 56Co, 57Co, 58Co, 60Co, 59Ni, 63Ni, 62Cu, 64Cu, 67Cu, 62Zn, 65Zn, 72Zn, 68Ga, 68Ge, 72As,77As, 72Se, 73Se, 75Se, 79Se, 82Se, 75Br, 76Br, 77Br, 75Kr, 76Kr, 77Kr, 81mKr, 85Kr, 81Rb, 82Rb, 87Rb, 82Sr, 83Sr, 85Sr, 89Sr, 90Sr, 85Y, 86Y, 87Y, 88Y, 90Y, 91Y, 89Zr, 93Zr, 94Zr, 96Zr, 90Nb, 93Nb, 95Nb, 93Mo, 99Mo, 99Tc, 99mTc, 97Ru, 103Ru, 106Ru, 103Pd, 107Pd, 111Ag, 103Cd, 113Cd, 111In, 113Sn, 117mSn, 126Sn, 119Sb, 125Sb, 121mTe, 127Te, 129Te, 121I, 122I, 123I, 124I, 125I, 126I, 129I, 130I, 131I, 121Xe, 122Xe, 123Xe, 125Xe, 127Xe, 129mXe, 131mXe, 133Xe, 133m,gXe, 135Xe, 134Cs, 135Cs, 137Cs, 128Ba, 137Ce, 139Ce, 141Ce, 144Ce, 134Ce/La, 132La/135La,143Pr, 138Nd/Pr, 140Nd/Pr, 147Nd, 147Pm, 149Pm, 142Sm/Pm, 147Sm, 153Sm, 154Eu, 155Eu, 147Gd, 148Gd, 149Gd,157Gd, 149Tb, 152Tb, 155Tb, 161Tb, 157Dy, 159Dy,165Dy, 166Ho, 165Er, 169Er, 165Tm, 167Tm, 169Yb, 177Yb, 172Lu, 177Lu, 172Hf, 175Hf, 178Ta, 178W, 188W, 186R, 188Re, 188Ir, 189Ir, 190Ir, 192Ir, 192mIr, 193Ir, 194Ir, 194mIr, 195Au, 198Au, 194Hg, 195Hg, 197Hg, 201Tl, 202Tl, 210Pb, 211Pb, 212Pb, 206Bi, 210Bi, 211Bi, 212Bi, 213Bi, 210Po, 211Po, 212Po, 213Po, 214Po, 215Po, 218Po, 204At, 205At, 206At, 207At, 208At, 209At, 210At, 211At, 218At,219Rn, 220Rn, 221Rn, 222Rn, 220Fr, 221Fr, 223Ra, 224Ra, 225Ra, 226Ra, 225Ac, 227Ac, 201Th, 227Th, 228Th, 229Th, 230Th, 232Th, 234Th, 231Pa, 234Pa, 233U, 234U, 235U, 236U, 238U, 237Np, 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Pu, 242Pu, 244Pu, 241Am, 242mAm, 243Am, 242Cm, 243Cm, 244Cm, 245Cm, 247Cm, 251Cf, 252Cf
방사성 동위원소들을 사용하는 핵 의학은 임상 암 진단, 예후, 및 치료에 극히 유용하다. 암은 960만 명의 사망을 매년 설명하는, 전세계적인 사망의 두번째 주된 원인이다. 전립선, 폐, 위, 직장 및 간 암은 남성들의 가장 일반적인 유형들의 암인 한편 직장, 위 및 유방은 여성들 중에서 가장 일반적이다. 세계적인 암 부담은 매년 1810만 개의 새로운 케이스 및 960만 명의 사망으로 상승한 것으로 추정된다. 전세계적으로, 암 진단의 5년 내에 살아 있는 사람들의 수는 대략 4380만 명이다.
방사성의약품 치료(RPT)/방사성의약품들은 암을 포함하는 다양한 질병들의 진단 및 치료를 위한 신규한 치료 도구로서 부각되었다. RPT는 인체 내의 기관들, 조직들 또는 세포들을 포함하는 특정 종양 연관 표적들로 종양 선택 생물학적 분자들에 결합된 방사성 동위원소들의 전달을 허용한다.
펩타이드 수용체 방사성핵종 치료제(PRRT)는 하나의 유형의 방사성의약품이다. 이러한 치료제는 방사성펩타이드를 제조하기 위해 펩타이드를 방사성 물질과 조합하는 것을 수반한다. 주어질 때, 이러한 방사성펩타이드는 표적 암 세포들에 더 부착되고 높은 방사선 선량을 세포들에 직접 전달한다.
종래의 방사선 치료와 달리, RPT의 방사선은 쳬계적으로 또는 국소 영역으로 관리되며 이는 화학요법 또는 생물학적으로 표적된 치료와 유사하다. 방사성의약품 치료는 종래의 방사선 치료보다 더 적은 부작용들을 갖고 표적 암 세포들에 더 잘 구비된다. RPT는 고립된 종양들 및 인체에 걸쳐 확산된 전이 암 둘 다에 효과적일 수 있다. 직접적으로 또는 특별히 내인성 표적들에 결합되거나 매우 다양한 생리학적 메카니즘들에 의해 축적되는 전달 매개체들을 사용하여 암 세포들의 이러한 방사선 유도 사멸 또는 그들의 미세환경은 표적된 치료 접근법을 가능하게 한다. 암 외에, RPT는 또한 류머티스성 관절염 및 다발관절염을 포함하는 수개의 비종양 장애들에서의 적용들을 갖는다.
다른 유형의 방사성의약품은 방사성 동위원소들에 결합되는 단클론 항체(mAb)를 사용하여 세포독성 방사선을 표적 암 세포들에 전달해서, 특정 내부 방사선요법을 제공하는 방사면역치료이다.
방사면역치료(RIT)에 대해, 미립자 및 비침투 방사선들 예컨대 알파 입자들, 베타 입자들, 오거, 또는 낮은 에너지 X-선들로 붕괴되는 방사성 동위원소들이 이용된다. 방사선 에너지가 축적되는 부위 및 또한 선형 에너지 전달(LET)로 공지된, 에너지가 조직 레벨에서 축적되는 거리는 세포들 및 조직들의 모든 구성요소들이 동일하게 민감한 것은 아니기 때문에 둘 다 필수적이다. LET는 이동된 거리의 단위 당 그 방사선에 의해 야기되는 이온화들의 수를 지칭한다. 선형 에너지 전달(LET) 외에, 비교 생물학적 효과(RBE)는 또한 필수 방사성생물학적 개념이다. 비교 생물학적 효과(RBE)는 동일한 레벨의 생물학적 효과를 야기하기 위해 2개의 상이한 유형의 이온화 방사선에 의해 요구되는 생물학적 선량들의 비율이다.
방사성핵종의 생화학적 및 물리적 특성들은 임상 적용을 위한 방사성 동위원소를 선택할 때 고려될 필요가 있다. 생화학 특성들은 조직 타깃팅, 종양 내의 방사능의 유지, 체내 안정성, 및 독성을 포함한다. 더욱이, RIT에 사용되는 방사성핵종의 선택은 그의 별개의 방사선 특성들 및 표적된 악성 또는 세포들의 유형에 의존한다. 물리적 특성들은 방출 유형, 방출 에너지, 물리적 반감기, 딸 핵종들, 방사성 핵종 순도 및 생산 방법을 포함한다.
항체 조합들 및 동위원소의 정확한 선택은 방사성 동위원소 붕괴 동안 방출되는 알파- 및 베타 방출 입자들이 중요한 방식들로 다르기 때문에 방사면역치료를 표준 치료 양식으로 하는 데 필수적이다. 알파 방출 방사성 동위원소들은 짧은 경로 길이(50 내지 80μm) 및 높은 선형 에너지 전달(LET)(~100keV/μm)을 갖는다. 따라서, 표적 알파 치료는 베타 방출 방사성 동위원소들과 비교하여 주위 건강한 조직들에 대한 더 적은 손상으로 더 특정 암 세포 사멸을 허용한다. 알파 방출 방사성 동위원소들은 주위 건강한 조직들을 떼어 두고 치료될 표적 기관 내에 방사성 선량을 유지하는 조직들의 작은 범위 내에 높은 LET 침전물을 갖는다. 따라서, α 입자들은 그들의 짧은 범위 및 높은 에너지들이 종양 세포들의 더 효율적인 특정 사멸을 잠재적으로 제공하기 때문에 미세전이, 미세 또는 소체적 질병의 치료에 더 잘 적합해질 수 있다. 이들 고려들에 기초하여, α 입자 치료는 림프종들, 신경교종들, 백혈병, 복막 암종증 및 흑색종을 포함하는 다양한 질병들의 치료에서 조사되었다. 211At, 213Bi, 225Ac 및 224Ra와 같은 알파 방출 방사성 동위원소들을 사용하는 방사면역치료는 임상 시험들에서뿐만 아니라 수개의 체외 및 체내 실험 모델들에서 활동을 나타냈다.
담체(통상적으로 항체)에 결합되는 α 입자 방출 방사성핵종이 생물 표적에 구체적으로 지향되는 표적 알파 치료(TAT)는 더 많은 주의를 끌고 있다. 알파 입자는 +2 전하를 갖는 네이키드 4He 원자핵이고; 전자들의 것과 비교되는 그의 극질량은 입자의 편향을 억제하고 그의 트랙은 거의 선형이다. α 입자들은 높은 LET(80 keV/μm) 및 중간 경로길이(50 내지 100 μm)를 가져서, 그들에게 10 셀 직경들 미만, 즉, 미세 종양 세포 클러스터들 내의 유효 범위를 제공한다. 방출 알파 입자들의 이러한 짧은 범위는 관심있는 표적된 암 세포들을 둘러싸는 정상 조직의 원치 않는 조사를 최소화한다(주위 건강한 세포들에 대한 최소 독성). 이들 성질들은 표적된 알파 입자 치료를 최소 잔류 또는 미소 전이 질병의 제거에 이상적이게 한다. 중요하게도, α 입자 치사율은 이중 가닥 DNA 브레이크들 및 DNA 클러스터 브레이크들과 연관되고 따라서 β 입자 손상보다 회복하는 것이 훨씬 더 어렵다. 수개의 알파 입자 붕괴들만이 99.99%의 단일 세포 사멸 확률을 달성하는 데 필요하지만, 수천 개의 베타 입자 붕괴는 동일한 사멸 확률을 달성하는 데 필요하다. 알파 입자들이 체내에서 직접 이미지화될 수 있으므로, 모 방사성핵종의 붕괴를 동반하는 γ 광자들, 특성 X-선들, 또는 제동복사 방사선은 종종 표적 업테이크, 선량측정 및 치료 응답을 수량화하기 위해 사용된다. 알파 입자 치사 잠재력을 증가시키는 간접 메커니즘들은 크로파이어 효과(CF), 방사 유도 인접 세포 살상 효과(RIBE) 및 압스코팔 효과(AbsE)를 포함한다. α 방사체들을 사용하는 임상전 및 임상 연구들은 습관성 난소 암, 습관성 뇌 종양, 비호지킨 림프종, 인간 표피 생장 인자 수용체-2(HER-2) 양성 암들, 전이 흑색종, 전립선 암 내의 골격 전이들, 전립선 및 신경내분비 종양들을 포함하는 다양한 암들에 대해 수행되었다.
β 입자 치료는 β 입자들이 낮은 LET(~0.2 keV/μm) 및 긴 경로 길이(0.05 내지 12 mm)를 갖기 때문에 미소 전이 종양 세포들보다 벌크 종양 또는 큰 부피 질병에 더 잘 적합하다. 이것은 주요 에너지를 표적인 것으로 여겨지는 미소 전이 종양으로 간단히 축적하는 대신에 긴 전자 트랙을 따라 주위 정상적인 건강한 세포들을 파괴함으로써 비특정 세포독성 효과들을 생성할 수 있다.
오거 전자들(AEs)은 전자 포획에 의해 붕괴되는 방사성 동위원소들(예를 들어, 67Ga, 111In, 195mPt, 99mTc, 125I 및 123I)에 의해 방출되는 매우 낮은 에너지 전자들이다. 이러한 에너지는 2 내지 500 nm의 짧은 경로길이 위에 축적되어, 4 내지 26 keV/μm의 중간 선형 에너지 전달(LET)을 야기하여, 치사 손상은 단일 암 세포들 내에서 주로 야기된다. 그들은 또한 세포 막을 손상시킴으로써 또는 교차 선량 또는 인접 세포 살상 효과를 통해 암 세포들을 사멸할 수 있다. 따라서, AE 방출 방사성치료제들 및 코스터-크로니 전자 전이 방사성치료제들이 높은 LET로 다수의 낮은 에너지 및 짧은 범위 전자를 방출하는 능력은 그들을 암의 치료를 위한 큰 후보로 하게 한다.
또한 치료 방사성핵종, 또는 상보적 진단치료 방사성핵종이 양전자들(β+) 또는 감마(γ) 방사선을 방출하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 환자의 몸 내에서 방사성의약품 분포의 양전자 방출 단층촬영(PET) 또는 단일 광자 방출 단층촬영(SPECT) 이미징 및 시각화를 가능하게 하여, 처리 감시를 허가한다.
내부 방사선요법 치료는 다른 한편으로 작은 방사선 소스, 통상적으로 감마 또는 베타 방사체를 표적 영역 내에 심음으로써 관리된다. 근접치료 또는 짧은 범위 방사선요법은 치료의 주요 수단이 되고 있다. 요오드-131은 비악성 갑상선 질환들 및 갑상선 암을 치료하기 위해 사용된다. 이리듐-192 와이어 임플란트들은 머리 및 유방에 사용되고 정확한 투여량을 투여한 후에 제거된다. 요오드-125 또는 팔라듐-103은 영구적인 임플란트 시드들의 형태인 조기 전립선 암에 대한 근접치료에 사용된다. 대안적으로, 바늘들의 형태인 방사성 이리듐-192는 15 분 동안 삽입될 수 있다. 근접치료 절차들은 비용 효과적이고, 표적 종양에 더 국부화되고 그것에 의해 더 적은 방사선을 몸에 제공한다.
수년 간, 방사성의약품 치료는 매우 낮은 독성 부작용들을 갖는 지속적인 질병을 치료하는 데 더 성공적이었다.
방사성핵종들은 또한 살균의 분야에서 큰 중요성을 유지한다. 수개의 의료 제품들은 종래의 스팀 열 살균보다 더 저렴하고 더 효과적인 Co-60 소스로부터 감마선들을 사용하여 살균된다. 방사선을 사용하여 살균된 아이템들은 시일이 깨지지 않는 한 무한정 살균된다. 주사기들 외에, 방사선에 의해 살균된 의료 제품들은 면모, 심장 판막들, 화상용 붕대들, 수술 장갑들, 플라스틱, 수술 장비들, 고무 시트들, 및 붕대들을 포함한다.
오늘 현재로, 기존 생산 경로들을 사용하여 전세계적으로 생산될 수 있는 방사성 동위원소들의 양은 수요를 충족시키기에 충분하지 않다. 임상전 또는 임상 시험들에 불충분한 것 외에, 현재 생산 방법들은 인허가 및 승인을 포함하는, 상품 개발에 충분하지 않다.
본 발명은 다량의 알파 방출 방사성핵종들을 생산하여 세계적인 수요를 충족해서, 다양한 생명 위협 질병들으로 고통받는 수백만 명의 사람을 치료할 수 있을 것이다.
표적 알파 치료(TAT)는 파종성, 화학 내성 및 방사선저항성 전이 질병의 치료에 중요한 역할을 할 것이며, 이에 대해 어떠한 효과적인 처리 옵션들도 없다.
그러나, 현재 제한된 수의 방사성핵종들은 TAT에 적용가능하다. 그러나, 다양한 형태들의 암을 다루기 위해, 수개의 알파 방출 방사성 동위원소들은 더 넓은 커뮤니티에 이용가능해져야 한다. 현재, 225Ac의 1.7 Ci(63 Gbq)만이 229Th의 기존 소스들을 사용하여 전세계적으로 매년 생산될 수 있으며, 이는 225Ac에 대한 수요를 충족하기에 충분하지 않다. 매년 생산되는 제한된 양의 225Ac는 임상전 또는 임상 시험들을 위해 충분하지만, 인허가 및 승인을 포함하는, 상품 개발을 위해 충분하지 않다. 최근 추정치들에 따르면, 225Ac의 최소 필요 연간 생산은 1 mCi/환자 및 100,000 내지 200,000 환자/년을 가정하면, ≒100 내지 200 Ci/년이다.
본 발명 및 청구항들의 발명 대상은 세계적인 수요를 충족하기 위해 211At, 213Bi, 225Ac 및 224Ra와 같은 대량의 알파 방출 방사성핵종들을 생산하여, 양으로 고통받는 수백만영의 사람을 치료할 수 있을 것이다.
알파 방출 방사성 동위원소들을 위한 효율적이고 더 간단한 방법들을 개발하여 그들을 광범위하게 이용가능하게 하는 진행 중인 노력이 있다. 본 발명은 알파 방출 방사성핵종들을 비용 효과적인 방식으로 우리 사회의 개량을 위해 더 넓은 커뮤니티에 이용가능하게 할 수 있다.
주요 상업적으로 필수적인 동위원소들의 생산은 현재 제한되고 핵 연구 원자로들에서의 조사 부위들은 고가이고 원자로들의 노화 관련 멈춤으로 인해 장래에 훨씬 더 부족해질 것이다. 가용성 및 알파, 베타- 및 감마/X-선 방사성 동위원소들을 향상시키기 위해 견고하고 고수율 생산 경로들의 확장을 위한 엄청난 요구가 있다.
현재, 임의의 임상전 또는 임상 시험들을 위해 이용가능한 알파 방출 방사성 동위원소들이 충분하지 않다. 따라서, 과학 연구를 방해하는 것은 공급 자체이기 때문에 공급이 부족한 방사성 동위원소들을 생산할 필요가 있다.
방사성 동위원소 생산의 현재 사용된 방법들은 그들의 제한들에 도달하였고 더 높은 동위원소 순도, 비방사능, 및 더 넓은 범위의 이용가능한 방사성핵종들을 제공하는 점에서 특히 개선된 방법들에 대한 강한 요구가 있다.
방사성 동위원소들의 광범위한 임상 적용을 위해, 알파 방출 방사성 동위원소들의 가용성은 상당히 증가되어야 하고 이에 대한 더 싼 생산 계획이 필요하다.
본 발명은 더 큰 규모의 임상전 및 임상 시험들을 더 허용하는 추가적인 알파, 베타, 및 감마-/X 선 방출 방사성 동위원소들의 생산을 허용할 것이다. 우리의 발명 기술은 또한 방사성 동위원소들의 더 많은 임상전 연구들 및 임상 시험들을 지원할 것이다. 이것은 TAT의 광범위한 사용을 초래하고 산업, 의료 및 연구 분야에서 그리고 암 치료로서 수개의 다른 적용들을 가질 수 있다.
본 발명은 지금까지 시장에 이용가능하지 않았고 지금 수요가 많은 수개의 희귀 동위원소들의 대량 생산을 위한 경로들을 개방한다.
이러한 이유로, 본 발명의 목적은 특히 담체가 없거나 비담체 추가 방사성핵종들의 방사성 동위원소들의 생산, 분리, 및 정화를 위한 방법, 장치, 디바이스 및 시스템을 제공하는 것이다. 이것은 수개의 의약, 생명 과학, 산업, 농업 및 연구 적용들에 필수적이지만 현재 공급 부족인 기존 방사성 동위원소들; 및 또한, 지금까지 시장에 이용가능하지 않았지만 수요가 많은 수개의 방사성 동위원소들에 대한 세계적인 수요를 이행하고 또한 새로운 의료 적용들을 위해 신규한 방사성 동위원소들을 생산할 수 있을 것이다.
이러한 목적은 본원에 설명된 방법, 장치, 디바이스, 및 시스템에 따라 방사성 동위원소들의 생산, 분리, 및 정화를 통해 충족된다.
방법, 장치, 디바이스, 및 시스템은 이하와 같이 단계들 및 장비를 개별적으로 또는 적어도 부분 조합으로 포함한다:
핫 셀들, 세미 핫 셀들, 글로브 박스, 방사성 동위원소 생산 시스템,
방사성핵종 수송 시스템, 오버헤드 크레인, 방사성핵종 분리 시스템,
방사성핵종 정화 시스템, a, b, y/X-선들을 위한 측정 디바이스들, n,
방사선 차폐, 안전 장비, 품질 제어, 지지 장비,
방사성핵종들을 위한 패키징 시스템, 제어 룸, 전력화, 분석 실험실들, 기기, 컨트롤들, 안전 연동장치들, 보안 시스템, 환기 시스템, 소모품들, 기계 장비, 및 잡용 장비.
가열 배열들을 갖는 진공 챔버 및 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 표적 원소들의 용융을 위한 도가니. (주기율표의 하나 이상의 원소 또는 그것의 조합)
원소들의 변환 및 알파, 베타, 감마 및 X 선 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위한 에너지원으로서, 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물((선행 기술 PCT 공개 번호 : WO 2016/181204 A1에 기초함) 또는 (상자성 및 준안정 여기 상태 수은 기반 화합물의 제작을 위한 임의의 다른 선행 기술)).
표적 원소들(수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소 및 그것의 조합).
결과적인 표적 재료로부터 원하는 방사성 동위원소들의 분리를 위한 방법들
결과적인 표적 재료로부터 원하는 방사성 동위원소들의 정화의 방법들
원하는 방사성 동위원소를 포함하는 캡슐들/비알들의 생산
방사성 동위원소들은 또한 크로마토그래픽 시스템들에 사용되는 마이크로/나노입자들, 거대분자들, 미소구체들, 비교적 큰 입자들, 이온 교환 수지들 또는 매트릭스들 내로의 주입에 의해 수집될 수 있다.
품질 제어 방법들: 개방 방사성 동위원소들을 체크하기 위해 사용되는 품질 제어 방법들은 이온 챔버 기반 선량 교정기들에 의한 방사능; 알파, 베타 및 감마 방사선의 식별 및 정량화를 위한 이미징 검출기들; 감마선 분광에 의한 방사성 핵종 순도, 및 배양토 및 LAL 테스트 상의 성장에 의한 미생물 순도의 제어뿐만 아니라 TLC, HPLC, GC 시스템, 입자 카운터, 발열원 테스팅 장비, 전기영동에 의한 방사화학 순도의 측정을 포함한다.
상자성 및 준안정 여기 상태 수은 기반 화합물의 제작 및 그것을 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 사용한다(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 기초함). 상자성 및 준안정 여기 상태 수은 기반 화합물은 표적 원소/들의 원자핵과 반응되고(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음), 표적 원소/들은 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류 및 초중 원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환되어, 매우 높은 변환 비율들을 달성하며, 이는 원소들의 변환에 현재 사용되는 모든 다른 기술들, 예를 들어 가속 구동 시스템(ADS), 입자 가속기 등의 몇 배이다.
높은 순도 게르마늄(HPGe)은 충분한 정보를 제공하여 방사성핵종들을 그들의 수동 감마선 방출들로부터 신뢰성있게 그리고 정확히 식별하고 또한 X-선 검출기로서 사용될 수 있다.
황화 아연과 같은 신틸레이터는 알파 입자 검출에 사용되는 한편, 플라스틱 신틸레이터들은 베타 검출에 사용된다. 베타 입자들의 검출을 위해, 유기 신틸레이터들이 또한 사용될 수 있다. 순수 유기 결정들은 안트라센, 스틸벤 및 나프탈렌의 결정들을 포함하지만, 그것에 제한되지 않는다.
주요 기술적 프로세스들은 범위가 공통 화학 처리들에서 방사화학 분리 기술들, 예를 들어 이온 교환, 액체 크로마토그래피, 증류, 추출 등까지이다. 이들 절차들은 저장 용액의 농도 및 전달을 조정하기 위해 방사성 용액의 제어된 희석에 의해 보충된다.
개방 방사성 동위원소들을 체크하기 위해 사용되는 품질 제어 방법들은 이온 챔버 기반 선량 교정기들에 의한 방사능; 감마선 분광에 의한 방사성 핵종 순도, 및 배양토 및 LAL 테스트 상의 성장에 의한 미생물 순도의 제어뿐만 아니라 TLC, HPLC, 전기영동에 의한 방사화학 순도의 측정을 포함한다.
방사화학 분리는 독립형 유닛으로서 또는 통합 시스템으로서 분리 방법들에 의해 수행될 수 있으며; 그러한 방법들은 고체 상태 추출(SPE), 수지 크로마토그래피, 액체-액체 추출(LLE), 침전, 증류(건식 또는 습식 증류) 및 승화를 포함하고, 그 전부는 조사 혼합물에 가능한 한 직접적으로 적용될 필요가 있다.
액체-액체 추출 프로세스는 상들의 체적들, pH, 수상의 조성 및 혼합 시간을 제어하는 동안, 2개의 비혼합 용매 상, 통상적으로 수용액(즉, 산들, 염기들, 또는 염들)과 유기 용매(예를 들어, 케톤들, 아민들, 및 에테르들) 사이의 용질들의 선택적 분할에 기초한다. 그것은 분할 조건들이 일반적으로 방사성 핵종 및 화학 불순물들이 없는 방사성 동위원소 수율들을 제공하기 위해 용이하게 변경될 수 있기 때문에 낮은 농도들에서도 높은 선택성을 갖는다. LLE는 빠르게 수행될 수 있으며, 이는 더 짧은 반감기들을 갖는 동위원소들을 분리할 때 특히 중요하고, 또한 자동화하는 것이 상당히 용이하다.
LLE 다음에 통상적으로 추출 용매의 증발, 수상 또는 SPE/크로마토그래피에서 역추출을 통한 유기상으로부터의 방사성 동위원소의 정화 및 최종적으로 후속 라디오라벨링 또는 주입에 적절한 용액상으로의 용해가 이어진다.
건식 증류는 표적 재료를 비활성 환경에서 또는 진공 하에 증발시킴으로써 표적 재료를 제거하여, 더 적은 휘발성 원소들만을 뒤에 남긴다. 원소에 따라, 상이한 접근법들은 잔류물로부텅 원하는 원자핵들을 회수하기 위해 사용될 수 있다.
동위원소 분리 기술들은 이하에 기초하여 3개의 유형으로 분할될 수 있다:
● 직접적으로 동위원소의 원자량
● 상이한 원자량들의 결과로서 화학 반응 속도들의 작은 차이들
● 원자량에 직접 연결되지 않은, 핵 공명과 같은 성질들
분리 및 정화의 다른 기술들:
- 진공 또는 불활성 가스들 하의 고온 탈착
- 진공 또는 불활성 가스들 하의 고온 승화
- 적절한 기재들 상의 흡착
- 화학적 증발에 의한 탈착
- 선택적 흡착에 의한 수확:
- 불활성 가스들, 할로겐들, 탈륨은 자기 영역 필드에서 분리된다
- 질량 분리는 빈 필터, 무선주파수 4극자 및 자기 영역 필드를 포함하지만 그것에 제한되지 않는 질량 선택 디바이스를 사용하여 수행된다
- 침전
- 전기화학적 분리
- 추출
- 양이온 교환 크로마토그래피
- 음이온 교환 크로마토그래피
- 열 크로마토그래피
- 가스 크로마토그래피
- 전착
- 승화
- 이온 교환
- 추출 크로마토그래피
- 습식 화학적 접근법들
- 확산
- 레이저 기반 분리, 예를 들어, AVLIS(atomic vapor laser isotope separation); MLIS(molecular laser isotope separation); SILEX(Separation of isotopes by laser excitation); 트로이 파 패킷 형성
- 중력 분리, 예를 들어, 극저온 증류
- 예를 들어, 지프 유형 원심분리기를 사용하는 원심 분리; 플라즈마를 원심분리하는 것은 방사성 폐기물 감소, 핵 재처리, 및 다른 목적들을 위해 원소들의 범위들을 분리할 뿐만 아니라 동위원소들을 분리할 수 있다. 프로세스는 "플라즈마 질량 분리"로 칭해지고 디바이스들은 "플라즈마 원심분리기" 또는 "플라즈마 질량 필터"로 칭해진다.
- 전자기 분리
- 방사성 크로마토그래픽 분리
- 표적 다음에 용매 추출
- 증류
- 작은 칼럼 기반 또는 카트리지-추출 크로마토그래피 방법들
- 전기 여과 방법
- 침전
- 전기아말감화
- 수지-분리 방법들(예를 들어 신규한 추출 크로마토그래픽(EXC) 수지들)
- 칼럼 크로마토그래피
- 전기화학
- 멀티칼럼 선택성 반전 발생기, 이는 모 또는 모들의 용액으로부터 원하는 딸 방사성핵종을 선택적으로 유지한 다음에, 일차 칼럼으로부터 딸 방사성핵종을 박리하고, 딸이 피드 조정 없이 억제되지 않고 용리되는 동안 모들을 유지하는 이차 분리 칼럼 또는 가드 칼럼을 통해 딸을 즉시 통과시키는 일차 분리 칼럼을 수반한다.
- 모 동위원소가 흡착제 칼럼 상에 영구적으로 흡착되는 한편 딸 핵종이 주기적으로 용리되는 고정 칼럼 발생기 접근법
상기 방법들의 전부는 생산의 경로, 관심있는 방사성핵종들 및 임의의 불순물들의 존재에 따라, 방사성핵종들의 분리 및 정화를 위해 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.
담체가 없는 방사성 동위원소는 원자 형태/이온에서 또는 분자 이온으로서 대응하는 사이드밴드(산화물, 할로겐화물, 플루오르화물)에서 획득될 수 있다.
본 발명은 개별적으로 또는 적어도 부분 조합으로, 이하와 같은 특징들을 포함하는, 방사성 동위원소들의 생산, 분리, 및 정화를 위한 디바이스, 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이며, 즉
1. 핫 셀, 세미 핫 셀, 글로브 박스, 차폐 룸 및 차폐 영역
2. 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 기초함) 또는 임의의 선행 기술, 여기서 수은 기반 화합물은 상자성이고 여기 상태에 존재하거나 수은 기반 화합물은 준안정이다.
3. 표적 원소들은 용융 상태, 액체 상태, 고체 상태 및 기체 상태에서 그리고 표적 원소들(예를 들어, 산화물들, 할로겐화물들, 플루오르화물들 등)의 임의의 형태들에서 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 모든 원소들, 또는 그것의 임의의 조합을 포함하지만 그것에 제한되지 않는다.
4. 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 표적 원소들의 융해점의 용융 온도를 갖는 진공 용융로 또는 용융로.
5. 표적 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물을 사용하는 방사성 동위원소들의 생산, (표적 원소들은 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소 또는 그것의 조합일 수 있음)
6. 변환 프로세스 후에, 방사성 동위원소들을 포함하는 결과적인 표적 재료는 질량 분리를 위해 취해진다.
7. 결과적인 표적 재료로부터 바람직한 방사성 동위원소들의 분리를 위한 사용 방법들
8. 방사성 동위원소들의 정화를 위한 사용 방법
9. 방사성 동위원소들의 활동 및 그 반감기의 측정
10. 품질 체크
11. 방사성 동위원소들의 비알의 패킹
본 발명이 다양한 수정들 및 대안적인 형태들에 민감하지만, 설명적 목적들을 위해 제공되는 일부 비제한적인 실시예들은 아래에 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 실시예들에 제한할 어떠한 의도도 없지만, 이와 반대로 본 발명의 의도는 청구항들에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있는 모든 수정들, 대안적인 구성들 및 균등물들을 커버하고 있다는 점이 이해되어야 한다.
따라서, 아래의 설명에서, "예를 들어", "등", "또는", "그렇지 않으면"의 사용은 달리 정의되지 않는 한 제한 없이 배타적 대안들을 표시하며; "또한"의 사용은 달리 정의되지 않는 한 "포함하지만, 제한되지 않는"을 의미하고; "포함하는/구성하는"의 사용은 달이 정의되지 않는 한, "포함/구성하지만, 제한되지 않는"을 의미한다.
상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물의 제작 및 그것을 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 사용한다(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 기초함). 상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물은 표적 원소/들의 원자핵과 반응되고(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음), 표적 원소/들은 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류 및 초중 원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환되어, 매우 높은 변환 비율들을 달성하며, 이는 원소들의 변환에 현재 사용되는 모든 다른 기술들, 예를 들어 가속 구동 시스템(ADS), 입자 가속기 등의 몇 배이다.
선형 에너지 전달(LET) 및 상대 생물학적 효과(RBE)는 필수 방사성생물학적 개념들이다. LET는 이동된 거리의 유닛 당 그 방사선에 의해 야기되는 이온화들의 수를 지칭한다. α 입자들은 높은 LET(거의 100 keV/μm)를 갖는 반면, β 입자들은 훨씬 더 낮은 LET(0.2 keV/μm)를 갖는다.
알파 방출 방사성 동위원소들의 짧은 경로길이(50 내지 80 미크론) 및 높은 선형 에너지 전달(거의 100 keV/미크론) 때문에, 표적된 알파 입자 치료는 베타 방사체들보다 주위 건강한 조직들에 대한 더 적은 손상으로 더 특정 종양 세포 사멸을 위한 잠재력을 제공한다. 이들 성질들은 표적된 알파 입자 치료를 최소 잔류 또는 미소 전이 질병의 제거에 이상적이게 한다. 213Bi, 211At, 224Ra 및 225Ac와 같은 알파 방사체들을 사용하는 방사면역치료는 수개의 체외 및 체내 실험 모델들에서의 활동을 나타냈다. 임상 시험들은 소체적 및 세포감소 질병의 치료에서 표적된 알파 입자 치료의 안전, 실행가능성, 및 활동을 증명했다.
액체-액체 추출 및 이온 교환에 기초한 방사화학 분리 방법들은 핫 셀에서 원격 제어 동작들을 적합하게 하기 위해 구체적으로 개발되거나 수정되었다.
침전은 방사성 원소들의 분리 및 분석 시에 작업에서 방사화학자들에 의해 가장 광범위하게 사용되는 도구들 중에서 길게 되었다. 필요한 분리들을 달성하기 위해 다양한 화학적 조작들을 통합하는 가능성은 이러한 기술의 주요 장점이다.
수성 매체들로부터 양이온들의 제거를 위한 방법들 중 하나는 양이온 교환 수지들로 충전된 고정 베드 칼럼들의 사용에 기초한다. 종래의 양이온 교환 수지들은 설폰산 작용기들을 갖는 폴리(스티렌-디비닐벤젠) 매트릭스에 기초한다. 그러한 수지들은 물의 탈광화를 위해 음이온 교환 수지들과 함께 일상적으로 사용된다. 그러한 수지들이 상이한 양이온들 사이의 낮은 선택성 차이들을 갖기 때문에, 그들은 복합물들을 사용하여 다른 양이온들의 교환을 방지함으로써 또는 로딩된 칼럼으로부터 원하는 양이온을 선택적으로 박리함으로써 단일 양이온을 선택적으로 회수하기 위해 사용될 수 있다.
추출 크로마토그래피는 다공성 고체 지지체들 상에 흡착되거나 이들에 공유 결합되는 선택적 리간드들을 갖는 50 내지 150 μm 크기의 작은 과립들 또는 비드들을 사용하는 간단한 칼럼 크로마토그래픽 기술이다.
방사성핵종 가스들은 아르곤 및 크립톤의 더 낮은 부분 압력들을 갖는 기체상에 공기 포화 물을 노출시킴으로써 추출될 수 있으며, 이는 부분 진공을 적용함으로써 또는 아르곤 및 크립톤 부분 압력들이 명목상으로 0인 헬륨 또는 N2와 같은 순수 및 불활성 가스와 접촉하여 물을 놓음으로써 달성될 수 있다. 이들 가스 추출 프로세스들 동안, 불활성 가스들의 필수 및 동위원소 비율들은 그들의 각각의 용해성들에 따라 분별되는 것으로 예상된다.
방사성 동위원소들은 진단 및 치료 약들, 국가 안보 및 기초 연구와 함께 핵 의학, 종양학, 인터벤션 영상의학/심장학 및 다른 관련 의학들, 진단, 방사선요법, 생화학적 분석의 일부로서 의료 치료들에 걸치는 연구, 의학 및 생명 과학의 수개의 분야들에서 중요한 역할을 한다. 일부 예들은 원자 핵들, 뫼스바우어 분광, 방사성-열전기 발전 및 다른 핵 배터리들, 액 디바이스 검출, 핵 확산 금지, 암 진단 및 요법들을 수반하는 구조들 및 반응들의 조사들을 포함한다. 방사성 동위원소들은 방사성의약품 과학들, 산업 응용들, 농업, 환경 추적, 및 생물학 연구들에 사용되는 효율적인 도구이다.
의료 분야에거, 수개의 방사성 동위원소들은 다양한 형태들의 암의 진료 및 진단에 사용된다. 라듐-223, 악티늄-225 및 비스무트 213과 같은, 알파 입자들을 방출할 수 있는 방사성 동위원소들은 방사성 동위원소에서 멀리 침투하지 않는 고도 이온화 방사선을 제공하기 때문에 암들을 치료하는 데 특히 유리하다. 알파 방사체가 종양 부위 또는 암 세포에 가깝게 배치되면, 그의 효과들은 건강한 주위 조직에 상당한 영향을 미치지 않고 그들 부위들에 국부화된다. 예를 들어, Bi-213은 딸 동위원소를 통해 붕괴되며, 폴로늄-213은 약 8.4 MeV의 극히 높은 에너지를 갖는 알파 방출들을 생성한다.
본 발명을 사용하여 발생되는 방사성 동위원소들은 원자 배터리, 핵 배터리, 방사성 동위원소 배터리 또는 방사성 동위원소 발생기의 형태로 사용될 수 있으며, 방사성 원소의 붕괴로부터의 에너지는 전기의 발생에 사용된다. 이들 방사성 동위원소 배터리들은 열 변환기들 및 비열 변환기들로 분류될 수 있다. 열 변환기들은 방사성 붕괴에 의해 발생되는 열의 일부를 전력/전기로 변환한다. 이의 일 예는 종종 우주선, 위성들, 기상대들 및 항행 비컨들에 사용되는 방사성 동위원소 열전기 발생기 또는 RTG이다. RTG는 방사성 원소들에 의해 방출되는 열을 제벡 효과에 의한 전기로 변환하기 위해 열전쌍들의 어레이를 사용하는 핵 배터리의 유형이다.
비열 변환기들은 방사선이 열로 분해되기 전에, 방출되는 방사선으로부터 에너지를 추출한다. 이들은 열 구배를 획득하는 것을 필요하지 않고 따라서 소형화될 수 있기 때문에 소규모 적용들에서의 사용에 더 적절하다. 가장 현저한 예는 방사성 볼타 디바이스를 포함한다.
방사성 볼타 디바이스는 반도체 접합을 사용하여 이온화 방사선의 에너지를 전력으로 직접 변환한다. 표적된 방사선의 유형에 따라, 디바이스들은 알파 볼타, 베타 볼타 또는 감마 볼타 셀들로 칭해질 수 있다.
알파볼타 셀들은 알파 방출 방사성 동위원소 소스로부터의 알파 입자들을 전기 에너지로 변환한다.
베타볼타 디바이스들은 베타 방출 방사성 동위원소 소스로부터의 베타 입자들을 전기 에너지로 변환한다. 트리튬은 베타 붕괴의 소스로서 통상 사용된다. 베타볼타 디바이스들은 군사, 우주 적용들과 같은 에너지 소스의 긴 수명이 요구되는 낮은 전력 전기 적용들에 또는 이식형 의료 디바이스들 내에 아주 적합하다.
감마볼타 디바이스들은 감마 방출 방사성 동위원소 소스들로부터의 에너지 감마 입자들 또는 높은 에너지 광자들을 전기 에너지로 변환한다.
본 발명을 사용하여 발생되는 방사성 동위원소들은 또한 방사성광전지 디바이스들 또는 광전기 변환에 사용될 수 있으며, 방사성 동위원소들로부터의 방출되는 에너지는 우선 신틸레이터 또는 인광체와 같은, 방사성 발광 재료를 사용하여 광으로 변환되고, 광은 광전지 셀을 사용하여 전기 에너지로 더 변환된다. 표적된 방사성 동위원소 입자의 유형에 따라, 변환은 알파광전변환, 베타광전변환 또는 감마광전변환일 수 있다.
본 발명을 사용하여 발생되는 수개의 방사성 동위원소들은 또한 수십 년의 긴 반감기를 갖는 페이스메이커들 및 많은 다른 이식형 의료 디바이스들에 사용될 수 있으며, 그들의 긴 반감기는 그들의 짧은 반감기로 인해, 페이스메이커들, 및 종종 대체될 필요가 있는 다른 현재 사용된 이식형 의료 디바이스들보다 장점을 허용한다.
본 발명을 사용하여 발생되는 방사성 동위원소들은 또한 작동 유체를 가열하기 위해 방사성 원소들의 붕괴에 의해 발생되는 열을 사용하는 방사성 동위원소 로켓들 또는 방사성 동위원소 열 로켓들에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 스러스트를 생산하기 위해 로켓의 노즐을 통해 더 고갈된다. 방사성 동위원소들은 대안적으로 방사성 동위원소 전기 로켓에 사용될 수 있으며, 방사선 붕괴로부터의 에너지는 전기 추진 시스템에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전기 에너지를 발생시키기 위해 사용된다.
방사성 동위원소들은 또한 방사성 붕괴를 통해 열을 제공하는 작은 디바이스들인 방사성 동위원소 히터 유닛들 또는 RHU에 사용될 수 있다.
본 발명을 사용하여 생산되는 방사성 동위원소들은 또한 운석들 및 혜성들의 지구 연령의 계산에 사용될 수 있어, 고환경적 변화에 대한 연구에서 표면 노출 연령들 및 침식 속도들, 지금까지의 빙하들, 침전물들을 결정하고, 지하수 침투율들을 결정하고, 생물기원 실리카(규조들 및 조가비들)의 해양 침강 및 실리카 생산의 측정을 위한 방사성트레이서를 수상 환경들에서 추정한다.
수개의 다른 적용들은 특히 의료, 분자 생물학 및 생명 과학 분야에서, (예를 들어, 대사성 경로들을 설명할 시에) 인산화된 분자들을 위한 트레이서 및 방사성 라벨 DNA; 난소 암, 전립선 암, 유방 암, 신경내분비 종양들(NETs), 신경아세포종, 신경교종, 림프종, 방광 암들에 대한 암 치료 및 진단; 예를 들어 심근 및 뇌관류, 뼈 전이들, 신경내분비 종양들, 전립선 암, 신관류, 윌슨 질병, 인슐린종 췌장 소도들, 유방 암을 평가하기 위한, PET 및 SPECT 이미징; 방사면역치료 및 항체 치료들의 효험, 이미징 표적 표현의 예측, 표적 표현 종양들의 검출, 및 항암 화학요법들의 감시; 관절염의 활막절제 치료에 사용되는 뼈 통증 일시적 완화, 관상 동맥 질병 및 부갑상선 과다활동의 진단; 휴대용 X-선 기구들, 예를 들어 X-선 형광 분광계에 이상적인, 과학 분석, 예를 들어 X-선 회절을 위한 X-선 소스; 가스 크로마토그래피에서의 사용을 갖는 오거 전자들의 소스; 실링 검사에서의 사용; 살균(차가운 저온살균)을 위한 식품들의 방사선 치료; 산업용 방사선사진술(예를 들어, 용접 무결성 방사선사진들); 밀도 측정들(예를 들어, 콘크리트 밀도 측정들; 예를 들어 안구 흑색종들에 대한 플라크 치료; 민감 전기 구성요소들에 대한 열원으로서 유용함; 정전 제거기들에서의 사용; 해양 석유 리그들 내에서의 그리고 비점유 작업자 노출을 감소시키는 정전들 동안 발전소들에서의 사용; 토양 및 식물들에서 원소 이동을 추적하기 위해 사용; 물 환경들에서 살충제들을 분석하기 위해 전자 포획 검출기들에서 이온화 소스로서의 사용; 지상에서 공간 조건들을 자극하기 위해 장기 행성간 미션들을 위한 준비들; 야간 조명 디바이스 또는 자립 광원으로서; 핵 의학 이미징 디바이스로서 이용될 수 있는 멀티와이어 감마 카메라(MWGC)로서; 금속 구성요소들에서 결함들을 위치시키기 위해 산업용 방사선사진술에서 감마선 소스로서 사용됨; 표적 알파 치료(AML, 림프종, 전립선 암, 흑색종, 교아종, 방광 암, 신경내분비 종양들, 백혈병)/난소 암, 전립선 암, 췌장 암, 신경내분비 종양들)/저항성 전이 전립선 암, 난소 암종)/교아종, 난소 암, 혈액 매개 암들)에서; 시계들, 사격조준기들, 다수의 기구들 및 도구들을 위해 방사성발광 라이트들에서 에너지 소스로서 사용을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다.
의료 방사성 동위원소들의 다른 적용들:
● 신경 적용들 - 스트로케, 알츠하이머병, AIDS, 치매의 변화들을 증명하고, 경동맥 수술을 위한 환자들을 평가하고, 발작 진원지들을 국부화하고, 뇌진탕후 증후군을 평가하고, 다발 경색 치매를 진단한다
● 정형외과 적용들 - 비술 뼈 트라우마를 식별하고, 골수염을 진단하고, 관절염 변화들 및 정도를 평가하고, 종양 생검을 위한 부위들을 국부화하고, 특정 종양들의 정도를 측정하고 낫 적혈구 질병에서 골 경색증들을 식별한다
● 심장 적용들 - 관상 동맥 질병, 바이패스 수술의 유효성을 측정하고, 심부전에 대한 치료의 유효성을 측정하고, 심장 이식 거부를 검출하고, 바이패스 또는 혈관형성술을 위한 환자들을 선택하고, 심장 마비들에 대한 고위험에서 수술 환자들을 식별하고, 우심부전을 식별하고, 화학요법 심장 독성을 측정하고, 판막성 심장병을 평가하고, 션트들을 식별하고, 그들을 수량화하고, 효소 변화들 전에 급성 심장 마비들을 진단하고 국부화한다
● 폐 적용들 - 폐 색전증들을 진단하고, AIDS의 폐 합병증들을 검출하고, 폐 환기 및 관류를 수량화하고, 폐 이식 거부를 검출하고, 화상 환자들에서 흡입 손상을 검출한다
● 신장 적용들 - 요로 통과 장애를 검출하고, 신혈관성 고혈압을 진단하고, 분리 신장 기능을 측정하고, 신장 이식 거부를 검출하고, 신우신염을 검출하고, 신장 흉터들을 검출한다
● 종양 적용들 - 종양 국부화, 종양 병기, 전이 부위들을 식별하고, 치료에 대한 반응을 판단하고, 암에 의해 야기되는 뼈 통증을 완화한다
● 다른 적용들 - 잠재 감염들을 검출하고, 혈구 장애들을 진단하고 치료하고, 갑상선 기능 항진증(그레이브병)을 진단하고 치료하고, 급성 담낭염, 만성 담도 기능장애를 검출하고, 급성 소화관 출혈을 검출하고 고환 꼬임을 검출한다.
양전자 방출 단층촬영(PET)/단일 광자 방출 컴퓨터 단층촬영(SPECT) 이미징의 증가하는 복잡성 및 시스템 방사성핵종 치료의 발달들로, 이전에 가능한 것보다 더 높은 방사성핵종 및 방사화학 순도를 갖는 방사성 동위원소 준비들에 대한 증가하는 요구가 있다. 방사성트레이서의 비방사능은 새로운 적용들에 특히 필수적이다.
따라서, 본 발명의 목적은 고순도 방사성핵종들, 특히 비담체 추가된 또는 담체가 없는 방사성 동위원소들의 대규모 생산을 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 생명 과학 연구, 의료 적용, 에너지 적용 및 산업을 위해 방사성 동위원소 준비들의 산업 규모 생산을 위한 일반적인 방법에 관한 것이다. 그것은 시장에서 이전에 이용가능하지 않았지만 지금 수요가 많은 다양한 희귀 동위원소들의 대량 제조를 허용한다.
제작된 수은 기반 화합물이 상자성이고 여기 상태 "준안정"에 존재하는 선행 기술 WO2016 181204 A1 또는 임의의 선행 기술에 따라 수은 기반 화합물을 사용하여 표적 원소/들(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음)의 변환에 의해 생산된, 결과적인 표적 재료로부터의 관심있는 동위원소의 분리는 불활성 분위기(예를 들어, Ar, He..)에서 또는 진공 하에 표적 표면으로부터 고온 탈착을 사용하여 달성될 수 있다.
표적 원소가 표적 재료보다 덜 휘발성이면, 이때 제작된 수은 기반 화합물이 상자성이고 여기 상태 "준안정"에 존재하는 선행 기술 WO2016 181204 A1 또는 임의의 선행 기술에 따라 수은 기반 화합물을 사용하여 표적 원소/들(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음)의 변환에 의해 생산된, 결과적인 표적 재료로부터의 관심있는 동위원소의 분리는 불활성 분위기에서 또는 진공 하에 승화를 사용하여 표적 재료를 제거함으로써 달성될 수 있다.
제작된 수은 기반 화합물이 상자성이고 여기 상태 "준안정"에 존재하는 선행 기술 WO2016 181204 A1 또는 임의의 선행 기술에 따라 수은 기반 화합물을 사용하여 표적 원소/들(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음)의 변환에 의해 생산된, 결과적인 표적 재료로부터의 관심있는 동위원소의 분리는 결과적인 표적 재료 및 냉각제 매체의 흐름에 존재하는 적절한 기재들 상의 흡착에 의해 달성될 수 있다.
제작된 수은 기반 화합물이 상자성이고 여기 상태 "준안정"에 존재하는 선행 기술 WO2016 181204 A1 또는 임의의 선행 기술에 따라 수은 기반 화합물을 사용하여 표적 원소/들(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음)의 변환에 의해 생산된, 결과적인 표적 재료로부터의 관심있는 방사성핵종들의 탈착은 화학적 증발 기술, 즉, 관심있는 방사성핵종들의 더 많은 휘발성 화합물들을 제자리에 형성하는 화학 반응 가스들의 추가에 의해 달성될 수 있다.
현재, 알파 방출 방사성핵종들의 생산은 원자로 사이클로트론 및 발생기 시스템에서 발생하지만, 그것은 제한된 양의 알파 방출 방사성핵종들을 생산할 수 있고 매우 고가이다. 반면에, 본 발명 및 청구항들의 발명 대상은 방사성 동위원소들 및 알파 방출 방사성핵종들을 더 넓은 커뮤니티를 위해 훨씬 더 낮은 비용으로 생산할 것이다.
2018년에, 암 부담은 전세계적으로 거의 1810만 개의 새로운 케이스 및 960만 명의 사망으로 증가하였다. 전세계적으로, 5 년 유행으로 칭해지는, 암 진단의 5 년 내에 살아있는 사람들의 총 수는 4380만인 것으로 추정된다.
현재, 225Ac의 1.7 Ci 또는 63 Gbq만이 기존 229Th 소스들을 사용하여 전세계적으로 매년 생산될 수 있으며, 이는 225Ac에 대한 모든 수요를 커버하기에 충분하지 않다.
매년 생산되는 제한된 양의 225Ac는 임상전 또는 임상 시험들을 위해 충분하지만, 인허가 및 승인을 포함하는, 상품 개발을 위해 충분하지 않다.
최근의 추정치들에 따르면, 225Ac의 최소 필요 연간 생산은 1 mCi/환자 및 100,000 내지 200,000명의 환자/년을 가정하면, ≒100- 200 Ci/년이다.
본 발명은 세계적인 수요를 충족하기 위해 225Ac와 같은 대량의 알파 방출 방사성핵종들을 생산하여, 암으로 고통받는 수백만명의 사람을 치료할 수 있을 것이다.
암은 2018년에, 960만 명의 사망자, 또는 모든 6명의 사망 중 하나를 설명하는 전세계적인 사망의 두번째로 가장 큰 원인이다. 전립선, 위, 직장, 간 및 폐 암은 남성들의 가장 일반적인 종류들의 암인 한편 직장, 자궁, 폐, 갑상선 및 유방 암은 여성들 중에서 가장 일반적이다.
표적 알파 치료는 파종성, 화학 내성 및 방사선저항성 전이 질병의 치료에서 중요한 역할을 할 것이며, 이에 대해 어떠한 효과적인 처리 옵션들도 없다.
원자로 사이클로트론 및 발생기 시스템은 알파 방출 방사성핵종들을 매우 제한된 양으로 생산할 수 있고 고가이다. 현재, 작은 수의 방사성 동위원소들만이 표적 알파 치료에 적용가능하다. 그러나, 상이한 암 질병들을 다루기 위해, 수개의 알파 방출 방사성핵종들은 더 연구되고 더 넓은 커뮤니티에 이용가능해져야 한다.
그러나, 대량의 알파 방출 방사성핵종들은 짧은 반감기로 인해 효과적인 치료를 성취할 필요가 있고 암 치료에서의 그 사용의 비용은 주요 관심이다.
알파 방출 방사성 동위원소들을 더 광범위하게 이용가능하게 하기 위해, 연구자들은 더 효율적이고 간단한 생산 방법들을 개발하기 위해 작업하고 있다.
본 발명은 알파 방출 방사성핵종들을 비용 효과적인 방식으로 우리 사회의 개량을 위해 더 넓은 커뮤니티에 이용가능할 수 있다.
치료 방사성의약품들에 대한 알파 방출 방사성핵종들은 암을 치료하는 상당한 역할을 한다.
알파 방사체들은 다른 치료 방사성핵종들에 비해 분명한 경쟁 장점들을 갖는다:
o 짧은 범위로 인한 감소된 독성
o 높은 LET로 인한 더 큰 효험
o 알파 입자 치료는 직접적인 DNA 용해로 인한 베타 치료 및 광자 조사와 비교하여 저산소증에 덜 민감하다
o 세포 사멸 및 DNA 손상을 복구할 시의 어려움에 대한 다수의 프로세스들과 함께, 알파-요법의 RBE, 전부는 방사 저항의 감소된 입사를 초래한다.
핵폐기물 또는 오염을 분석하는 것 외에, 자동화된 방사화학 분리는 또한 의료 목적들을 위해 방사성핵종들의 분리 및 정화를 허용하여, 프로세스는 의료 동위원소 "발생"으로 공지되어 있다. 단수명 방사성 동위원소들은 예를 들어, 암 치료 및 의료 이미징에 사용될 수 있다. 더 긴 수명 모 동위원소들의 방사성 붕괴는 이들 단수명 딸 동위원소들을 생성한다.
수은 기반 화합물의 제작을 선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1을 사용하며, 제작된 수은 기반 화합물은 상자성이고 여기 상태 "준안정"에 존재한다:
75 ml의 농축된 HCl은 비커에 배치되었고 25 ml의 농축된 HNO3은 그것에 첨가되어 왕수를 형성하였다. 50 g의 순수 액체 수은 금속은 반응을 시작하기 위해 형성된 왕수를 점진적으로 첨가되었다. 반응이 시작되고 실온에서 1 시간 동안 비커에 유지되었다. 반응 혼합물을 포함하는 비커는 열판 상에 배치되고 2.5 시간 동안 범위가 90℃ 내지 135℃인 온도로 가열되었다. 이것은 65.7 g의 수은 기반 화합물을 건조 분말 형태로 초래하며, 제작된 수은 기반 화합물은 상자성이고 여기 상태 "준안정"에 존재한다.
전자 스핀 공명(ESR/EPR) 분석은 2021년 6월에 인도 봄베이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 액체 수은 금속(99.9%) 상에 수행되었다. ESR 분석 스펙트럼은 어떠한 피크도 존재하지 않고 따라서 순수 액체 수은 금속(99.9%)이 반자성인 것을 분명히 나타낸다.
전자 스핀 공명(ESR) 분석은 수은 기반 화합물의 상자성 성질들을 알기 위해 제작된 수은 기반 화합물 상에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행되었다. ESR 결과들은 제작된 수은 기반 화합물이 상자성인 것을 증명하는 별개의 피크들을 분명히 나타낸다.
상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물의 제작 및 그것을 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 사용한다(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 기초함). 상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물은 표적 원소/들의 원자핵과 반응되고(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음), 표적 원소/들은 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류 및 초중 원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환되어, 매우 높은 변환 비율들을 달성하며, 이는 원소들의 변환에 현재 사용되는 모든 다른 기술들, 예를 들어 가속 구동 시스템(ADS), 입자 가속기 등의 몇 배이다.
예 1
높은 순도(99.9%) 카드뮴(Cd)은 표적 원소로서 사용되었다. 50 g의 표적 원소 카드뮴은 용융로의 흑연 도가니로 넣어지고 그의 융해점 위에서 용융 상태로 가열되었다. 온도는 450℃까지 취해진다. 표적 원소들 카드뮴이 용융 상태에 존재할 때까지 가열되었으면, 50 mg의 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)은 50 g의 용융 카드뮴에 첨가되었고 반응은 혼합물이 교반되면서 특정 시간 기간 동안 발행하는 것으로 허용되었다. 이것에 따라, 용융 상태에서의 결과적인 표적 재료는 몰드 내에 부어지고 실온까지 식히는 것으로 허용되어 결과적인 표적 재료를 고형화하였다. 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 FEG SEM EDS의 분석 결과들에 따라, 결과적인 표적 재료는 표 1에 윤곽화된 관심있는 방사성 동위원소들을 포함하는 이하의 원소들을 함유한다.
예 2
높은 순도(99.9%) 주석(Sn)은 표적 원소로서 사용되었다. 50 g의 표적 원소 주석은 용융로의 흑연 도가니로 넣어지고 그의 융해점 위에서, 즉 360℃까지 용융 상태로 가열되었다. 주석이 용융 상태에 존재할 때까지 가열되었으면, 50 mg의 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)은 50 g의 용융 주석에 첨가되었고 반응은 혼합물이 교반되면서 특성 시간 기간 동안 발생하는 것으로 허용되었다. 이에 따라, 용융 상태에서의 결과적인 표적 재료은 몰드 내에 부어지고 실온까지 식히는 것으로 허용되어 결과적인 표적 재료를 고형화하였다. 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 FEG SEM EDS의 분석 결과들에 따라, 결과적인 표적 재료는 표 1에 윤곽화된 관심있는 방사성 동위원소들을 포함하는 이하의 원소들을 함유한다.
예 3
높은 순도(99.9%) 비스무트(Bi)는 표적 원소로서 사용되었다. 50 g의 표적 원소 비스무트는 용융로의 흑연 도가니로 넣어지고 그의 융해점 위에서, 즉 370℃까지 용융 상태로 가열되었다. 비스무트가 용융 상태에 존재할 때까지 가열되었다면, 50 mg의 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)은 50 g의 용융 비스무트에 첨가되었고 반응은 혼합물이 교반되면서 특성 시간 기간 동안 발생하는 것으로 허용되었다. 이에 따라, 용융 상태에서의 결과적인 표적 재료는 몰드 내에 부어지고 실온까지 식히는 것으로 허용되어 결과적인 표적 재료를 고형화하였다. 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 FEG SEM EDS의 분석 결과들에 따라, 결과적인 표적 재료는 표 1에 윤곽화된 관심있는 방사성 동위원소들을 포함하는 이하의 원소들을 함유한다.
아래의 표 1은 전술된 방법들을 사용하여 생산되는 결과적인 표적 재료 예 1 내지 예 3이 방사성 동위원소들을 포함하는 것을 나타낸다.
표 1은 각각의 결과적인 표적 재료 예 1 내지 예 3의 SEM - EDS 측정들 동안 드러내어진 화합물들을 나타낸다.
푸리에 변환 적외선 분광(FTIR)을 사용하는 결과적인 표적 재료들(예 1 내지 예 3)의 적외선 스펙트럼들의 표 2. 스펙트럼들에서 보여진 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다. 스펙트럼들에서 보여진 피크들은 표 2에 리스트된다.
표 2는 결과적인 표적 재료 예 1 내지 예 3의 FITR 스펙트럼에 존재하는 가장 현저한 피크들(파수 cm-1)의 일부를 나타낸다. 나타낸 6개의 피크는 항상 가장 현저한 피크들인 것은 아니지만 스펙트럼에 존재하는 다양한 피크들을 나타내기 위해 임의로 선택된다.
도 1;
전자 스핀 공명(ESR/EPR) 분석은 2021년 10월에 인도 봄베이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 액체 수은 금속(99.99%) 상에 수행되었다. 분석 스펙트럼은 어떠한 피크도 존재하지 않고 따라서 순수 액체 수은 금속(99.99%)이 반자성인 것을 분명히 나타낸다.
도 2;
순수 액체 수은 금속(99.99%)은 선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016 181204 A1에 따라 수은 기반 화합물을 제작하기 위해 사용되었다. 제작된 수은 기반 화합물은 2021년 6월에 인도 봄베이 봄베이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 전자 스핀 공명(ESR/EPR)을 사용하여 분석되었다. 분석 결과는 제작된 수은 기반 화합물이 상자성인 것을 증명하는 분명한 별개의 피크가 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
도 3;
도 3은 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 카드뮴(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 4;
도 4는 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 주석(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 5;
도 5는 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 수은(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 6;
도 6은 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 비스무트(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 7;
도 7은 제작된 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)에 의해 순수 표적 원소 카드뮴(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 2021년 10월 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 SEM/EDS 분석에 대한 것이다. SEM/EDS 분석 결과들은 Er, Yb, Ra, Ac와 같은 방사성 동위원소들을 포함하는, 많은 새로운 원소들이 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
도 8;
도 8은 제작된 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)에 의해 순수 표적 원소 주석(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 SEM/EDS 분석에 대한 것이다. SEM/EDS 분석 결과들은 As, Mo, In, Te, I, Xe, La, Er, Yb, Pb와 같은 방사성 동위원소들을 포함하는, 많은 새로운 원소들이 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
도 9.
도 9는 제작된 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)에 의해 순수 표적 원소 비스무트(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 SEM/EDS 분석에 대한 것이다. SEM/EDS 분석 결과들은 Mo, Tc, Yb, Ta, W, Bi, Rn, Fr, Ra, Th와 같은 방사성 동위원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들이 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
전자 스핀 공명(ESR/EPR) 분석은 2021년 10월에 인도 봄베이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 액체 수은 금속(99.99%) 상에 수행되었다. 분석 스펙트럼은 어떠한 피크도 존재하지 않고 따라서 순수 액체 수은 금속(99.99%)이 반자성인 것을 분명히 나타낸다.
도 2;
순수 액체 수은 금속(99.99%)은 선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016 181204 A1에 따라 수은 기반 화합물을 제작하기 위해 사용되었다. 제작된 수은 기반 화합물은 2021년 6월에 인도 봄베이 봄베이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 전자 스핀 공명(ESR/EPR)을 사용하여 분석되었다. 분석 결과는 제작된 수은 기반 화합물이 상자성인 것을 증명하는 분명한 별개의 피크가 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
도 3;
도 3은 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 카드뮴(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 4;
도 4는 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 주석(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 5;
도 5는 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 수은(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 6;
도 6은 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 순수 표적 원소 비스무트(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR)을 도시한다.
스펙트럼에서 보여지는 피크들은 아민들, 알코올들, 브로모알칸들, 클로로알칸들 및 에스테르들의 각각의 존재에서 암시한다. 스펙트럼들에서 보여지는 피크들은 결과적인 표적 재료에 존재하는 방사성 동위원소들과 함께 작용기 복합체들/폴리머들(알칸들, 알켄들, 아민들, 에스테르들, 알코올, 방향제들, 케톤들 등)의 존재를 표시한다.
도 7;
도 7은 제작된 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)에 의해 순수 표적 원소 카드뮴(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 2021년 10월 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 SEM/EDS 분석에 대한 것이다. SEM/EDS 분석 결과들은 Er, Yb, Ra, Ac와 같은 방사성 동위원소들을 포함하는, 많은 새로운 원소들이 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
도 8;
도 8은 제작된 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)에 의해 순수 표적 원소 주석(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 SEM/EDS 분석에 대한 것이다. SEM/EDS 분석 결과들은 As, Mo, In, Te, I, Xe, La, Er, Yb, Pb와 같은 방사성 동위원소들을 포함하는, 많은 새로운 원소들이 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
도 9.
도 9는 제작된 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 따름)에 의해 순수 표적 원소 비스무트(99.9%)의 변환 후에 결과적인 표적 재료의 2021년 10월에 인도 붐바이 소재의 인도 공과 대학(IIT)에서 수행된 SEM/EDS 분석에 대한 것이다. SEM/EDS 분석 결과들은 Mo, Tc, Yb, Ta, W, Bi, Rn, Fr, Ra, Th와 같은 방사성 동위원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들이 존재하는 것을 분명히 나타낸다.
본 발명의 방법에 따르면, 표적 원소가 많은 새로운 원소들로 변환된 후에 결과적인 표적 재료로부터의 방사성핵종들의 생산, 분리 및 정화, 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물이 사용되고 표적 원소들(수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 하나 이상의 원소)과 반응되고 단일동위원소 샘플들로 그들의 후속 농축 및 정화는 다수의 분리 및 정화 방법의 적용에 의해 달성된다.
표적 원소들은 용융 조건, 기체 형태, 액체 형태, 고체 형태, 이온 형태, 염 형태로 또는 그것의 조합으로 존재하지만 그것에 제한되지 않는다.
표적 원소들은 용융로의 도가니로 넣어지고 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물과 혼합되며(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1 또는 임의의 다른 선행 기술에 기초함), 제작된 수은 기반 화합물은 상자성이고 준안정 여기 상태에 존재한다.
여기된 원자핵은 통상적으로 짧은 시간량에 감마선을 방출한다. 특정 여기된 원자핵들은 다른 한편으로, "준안정"이며, 이는 그들이 감마선 방출을 지연시키는 것을 의미한다. 지연은 일초의 몇 분의 1 동안 지속될 수 있거나 분들, 시간, 여러 해, 또는 심지어 더 길게 지속될 수 있다. 지연은 원자핵의 스핀이 감마 붕괴를 방지할 때 일어난다. 더욱이, 궤도 전자가 감마선을 흡수하고 궤도로부터 방출될 때, 광전 효과로 칭해지는 다른 특수 효과가 발생한다.
상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물의 제작 및 그것을 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 사용한다(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 기초함). 상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물은 표적 원소/들의 원자핵과 반응되고(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음), 표적 원소/들은 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류 및 초중 원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환되어, 매우 높은 변환 비율들을 달성하며, 이는 원소들의 변환에 현재 사용되는 모든 다른 기술들, 예를 들어 가속 구동 시스템(ADS), 입자 가속기 등의 몇 배이다.
온도는 표적 원소들의 융해점/임계점 위에 취해지고 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물은 표적 원소들의 원자핵과 반응한다. 이러한 프로세스 동안, 표적 원소는 낮은 질량 원소들/동위원소들, 높은 질량 원소들/동위원소들, 높은 밀도 원소들/동위원소들, 희토류 원소들/동위원소들 및 초중 원소들/동위원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환된다.
노는 턴 오프되고 결과적인 표적 재료가 냉각된다.
관심있는 동위원소 또는 화학 화합물은 고온들에서 가스 흐름 또는 분자 흐름에 의해 다음 정화 단계들로 수송될 것이다.
다른 한편으로 기본 상태 또는 산화/분자 형성에 고온 화학 환원을 허용하는 적절한 화학물질들의 첨가에 의한 방사성 동위원소들을 조절하고 질량 분리 프로세스, 즉 매스 마킹을 제어한다.
관심있는 동위원소는 고온 확산을 사용하여 표적 재료의 표면으로 수송될 수 있다.
진공 하에 또는 불활성 분위기에서 표적 표면으로부터 고온 탈착에 의해 결과적인 표적 재료로부터 관심있는 동위원소의 분리, 및/또는
진공 하에 또는 불활성 분위기에서 고온 승화에 의해 표적 재료를 제거함으로써 결과적인 표적 재료로부터 관심있는 동위원소의 분리, 및/또는
액체 금속 표적 및 냉각제 매체의 흐름 내에 위치된 적절한 기재들 상의 흡착에 의해 결과적인 표적 재료로부터 관심있는 동위원소의 분리, 및/또는
화학적 증발에 의해 벌크 표적 재료로부터 관심있는 동위원소의 탈착.
획득된 동위원소들은 생물학적 분배 연구들, PET 및 SPECT 이미징, RIT, TAT, 감마선 분광법, 오거 요법, 방사선색전술 등을 포함하는, 질병들의 진단 및 치료를 위한 의약 및 연구에서의 수개의 체내 및 체외 적용들을 갖는다.
바람직하게는, 결과적인 표적 재료로부터의 동위원소들의 분리는 표적을 고온으로, 예를 들어 고체 표적들을 그들의 융해점의 60 내지 95%로, 진공 하에, 예를 들어 10-5 mbar 이상의 순서로, 또는 적절한 가스 분위기 하에 가져옴으로써 수행된다. 가열된 표적과 반응하지 않는 불활성 가스(He, Ne, Ar 등)는 선택된 적절한 가스 환경이다. 때때로, O2, CF4 등과 같은 반응 가스들은 표적에 유해하지 않지만 예를 들어 10-4 mbar의 부분 압력에서, 원하는 동위원소들의 방출을 촉진하기에 충분히 높은 양으로 공급된다.
진공 또는 불활성 가스 하의 증발은 표적 재료를 제거하여, 잔류물 내에 더 적은 휘발성 원소들을 남긴다. 원소에 따라, 상이한 접근법들은 잔류물로부터 원하는 원자핵들을 회수하기 위해 사용될 수 있다.
질량 분리는 무선 주파수 4극자, 웨인 필터 등을 포함하지만, 그것에 제한되지 않는 자기 영역 필드 또는 어레이 또는 질량 선택 디바이스들을 사용하여 수행될 수 있다.
또한 등압선들, 상이한 질량수들을 갖는 상이한 원소들의 원자들, 또는 동일한 원소의 동위원소들이 동일한 시스템에서 생산되는 가능성이 있다. 이러한 사례에서, 수개의 질량들의 동시 수집을 허용하는 질량 선택 디바이스를 갖는 것이 필수적이다.
원하는 방사성 동위원소 분율이 어떻게 획득되는 지와 관계없이, 그것은 생체 접합체들의 라벨링 절차에 직접 이용되거나 추가 정화를 위한 크로마토그래픽 시스템 또는 다른 적용가능한 방법들로 직접 주입될 수 있다.
원하는 방사성 동위원소들이 기체 형태로 획득될 필요가 있으면, 간단한 분리는 내화성 매트릭스로부터 열 방출을 사용하여 달성될 수 있다.
수은은 서로 결합되는, 2개의 수은(I) 이온로 구성된 이원자 금속 양이온이다. 쌍 내의 실제 개별 수은 이온이 +1 전하를 갖기 때문에, 이때 그것은 기본 입자이다. 수은(II) 이온과 대적으로, 이는 +2 전하를 갖는 개별 수온 이온이다. Hg+1이 단독으로 너무 불안정하기 때문에 및 따라서 그것이 형성되자 마자, 다른 Hg+1 이온과 융합하여 Hg+2 이온을 형성하고 이로부터 그렇게 남아 있을 것이다.
추출, 침전, 전기화학적 분리, 음이온 교환 크로마토그래피, 양이온 교환 크로마토그래피, 열 크로마토그래피 및 가스 크로마토그래피를 포함하는 수개의 종래의 라디오크로마토그래픽컬 및 방사화학 프로세스들은 수개의 등압선들 및 의사바들(pseudobars)로부터 원하는 방사성 동위원소를 분리하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 동일한 질량 설정들에 나타나는 플루오르화물들 또는 산화물들과 같은 분자 사이드밴드들에서 기인하고, 발생된 불순물들에서 기인한다.
화학 분리 프로세스에서 사용되는 리간드들은 생성물 분율로 끝나고 추가 라베링 활동들로 진행하기 전에 제거되어야 한다. 많은 상황들에서, 증발은 최상의 옵션이다.
이하의 분리 및 정화를 획득한 원하는 방사성 동위원소 생성물들은 담체가 없거나 비담체 추가되고 등방적으로 순수하다.
생산, 분리 및 정화의 체인은 전술된 바와 같이 조작될 수 있다. 그러나, 스테이지들의 수는 각각의 적용의 순도 요건들을 충족시키기 위해 조정될 수 있다.
상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물의 제작 및 그것을 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 사용한다(선행 기술 PCT 공개 번호 WO 2016181204 A1에 기초함). 상자성 및 여기 상태 "준안정" 수은 기반 화합물은 표적 원소/들의 원자핵과 반응되고(표적 원소는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소일 수 있음), 표적 원소/들은 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류 및 초중 원소들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환되어, 매우 높은 변환 비율들을 달성하며, 이는 원소들의 변환에 사용되는 모든 다른 기술들의 몇 배이다.
본 발명은 알파 방출 방사성핵종들의 생산, 분리 및 정화를 위한 프로세스에 관한 것이고, 더 구체적으로, 본 발명은 프로세스에 의해 생산되는 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류, 란타니드 및 악티니드 방사성핵종들을 함유하는 변환된 결과적인 표적 재료로부터 알파 방출 방사성핵종들, 베타 방출 방사성핵종들, 감마/X-선 방출 방사성핵종들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이며, 표적 원소들(주기율표의 임의의 하나 이상의 원소, 예를 들어 수소 내지 우라늄 및 초우라늄 원소들)은 원소들의 변환 및 알파 방출 방사성핵종들, 베타 방출 방사성핵종들, 감마/X-선 방출 방사성핵종들의 생산을 위한 수은 기반 화합물의 상자성 및 여기 상태와 반응된다.
본 개시는 일반적으로 화학, 방사화학, 전기화학, 핵 물리학 및 핵 화학의 분야에 관한 것으로, 특히, 암, 심장 마비 및 뇌 장애와 같은 생명 위협 질병들을 치료하는 핵 의학, 산업 응용들, 알파 볼타 셀들, 베타 볼타 셀들, 방사성 동위원소 기반 열전기 발생기들, 하늘, 바다 및 도로 수송 시스템을 위한 방사성 동위원소 기반 배터리들 및 농업 사용들을 위해 알파, 베타, 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 알파 방출 방사성핵종들의 분리 및 정화를 위한 프로세스에 관한 것이고, 더 구체적으로, 본 발명은 프로세스에 의해 생산되는 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류, 란타니드 및 악티니드 방사성핵종들을 함유하는 변환된 결과적인 표적 재료로부터 알파 방출 방사성핵종들, 베타 방출 방사성핵종들, 감마/X-선 방출 방사성핵종들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이며, 표적 원소들(주기율표의 임의의 하나 이상의 원소, 예를 들어 수소 내지 우라늄 및 초우라늄 원소들)은 원소들의 변환 및 알파 방출 방사성핵종들, 베타 방출 방사성핵종들, 감마/X-선 방출 방사성핵종들의 생산을 위해 수백 테라줄의 점에서 내부 정지 에너지를 갖는 수은 기반 화합물의 상자성 및 여기 상태와 반응된다.
일 실시예에서, 본 개시는 암, 심장 마비 및 뇌 장애와 같은 생명 위협 질병들을 치료하는 핵 의학, 산업 응용들, 알파 볼타 셀들, 베타 볼타 셀들, 방사성 동위원소 기반 열전기 발생기들, 하늘, 바다 및 도로 수송 시스템을 위한 방사성 동위원소 기반 배터리들 및 의료, 산업 및 농업 사용들을 위한 알파, 베타, 감마/X-선 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에서, 본 개시는 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물에 의해 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들로의 변환에 의해 획득되는 결과적인 표적 재료로부터 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류, 란타니드들 및 악티니드 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들/동위원소들까지의 표적 원소들(주기율표의 하나 이상의 원소, 그의 동위원소들, 합금들, 염들, 산화물들 등)의 변환에 의해 획득되는 결과적인 표적 재료로부터 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 용융 상태, 고체 상태, 기체 상태 및 액체 상태로 존재하는 결과적인 표적 재료로부터 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 수백 테라줄의 점에서 내부 정지 에너지를 갖고 원소들을 변환할 수 있는 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물을 사용하여 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들/동위원소들까지의 표적 원소들(주기율표의 하나 이상의 원소, 그의 동위원소들, 합금들, 염들, 산화물들 등, 이들은 용융 상태, 고체 상태, 기체 상태 및 액체 상태로 존재함)의 변환에 의해 획득되는 존재하는 결과적인 표적 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 수백 테라줄의 점에서 내부 정지 에너지를 갖고 원소들을 변환할 수 있는 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물을 사용하여 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들/동위원소들까지의 표적 원소들(주기율표의 하나 이상의 원소, 그의 동위원소들, 합금들, 염들, 산화물들 등, 이들은 용융 상태, 고체 상태, 기체 상태 및 액체 상태로 존재함)의 변환에 의해 획득되는 존재하는 결과적인 표적 재료로부터 베타 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 수백 테라줄의 점에서 내부 정지 에너지를 갖고 원소들을 변환할 수 있는 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물을 사용하여 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들/동위원소들까지의 표적 원소들(주기율표의 하나 이상의 원소, 그의 동위원소들, 합금들, 염들, 산화물들 등, 이들은 용융 상태, 고체 상태, 기체 상태 및 액체 상태로 존재함)의 변환에 의해 획득되는 결과적인 표적 재료로부터 감마 방출/X 선 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 프로세스, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예애서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나의 원소 또는 더 많은 원소를 사용하여 다른 원소/들로 하나의 화학 원소의 변환에 의해 방사성 동위원소들을 함유하는 결과적인 표적 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
프로세스, 장치 및 시스템이 본원에서 방사성 동위원소 발생기 시스템으로 지칭되는 것은 다른 실시예이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 높은 비방사능을 갖는 단수명 알파 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위한 원소들의 변환을 위해 큰 내부 정지 에너지를 갖는 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물을 사용하여 변환 프로세스의 주요 장점들로 알파 방출 방사성 동위원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 암, 심장 마비 및 뇌 장애와 같은 생명 위협 질병들을 치료하는 핵 의학을 위해 알파 방출 방사성 동위원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 원하는 목적을 취급한 후에 붕괴되고 주위 기관들 및 조직들에 대한 과도 손상을 야기하지 않도록 상대적으로 짧은 반감기를 갖는 알파 방출 방사성 동위원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 의료 방사성핵종들로서의 사용을 위해 적절한 특성들을 갖는 란타니드 및 악티니드 원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
진단 목적들을 위해, 방사성 동위원소는 이미지가능 감마선을 가져야 한다. 치료 응용들을 위해, 방사성핵종은 치료 투여량을 표적 조직에 전달하는 데 적절한 에너지 레벨들을 가진 베타 또는 알파 방출들을 가져야 한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 용액에서 란타니드 및 악티니드 방사성 동위원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 +3 원자가 상태에 지배적으로 존재하고 유사한 화학 특성들을 모두 나타내는 란타니드 및 악티니드 원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 이것은 상이한 란타니드 및 악티니드 화합물들의 합성을 위해 동일한 합성 루트 및 절차의 적용을 가능하게 한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 의료 분야에서 일차 적용을 위해 방사성 동위원소들을 분리하고 정화하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 여기서 그들은 진단 목적들 예컨대 의료 이미징 및 치료 응용들 예컨대 암 치료에 사용된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 높은 비방사능을 갖는 방사성핵종들을 분리하고 정화하므로 최소 농도가 최대 효과로 관리될 수 있어, 화학 독성 문제들을 방지하는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213, Bi-212, Pb-211, At-211과 같은 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 방법은 수백 테라줄의 점에서 내부 정지 에너지를 갖고 원소들(주기율표의 하나 이상의 원소, 그의 동위원소들, 합금들, 염들, 산화물들 등, 이들은 용융 상태, 고체 상태, 기체 상태 및 액체 상태로 존재함)을 변환할 수 있는 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물을 사용함으로써 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들/동위원소들까지의 표적 원소들의 변환에 의해 획득되는 결과적인 표적 재료를 분해하는 단계들을 갖는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 이하와 같지만 이들에 제한되지 않는 분야들에 대해, 혁신적인 실험 셋업을 사용하여 높은 비방사능 알파 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위해 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다: 의료, 방사성의약품, 산업 응용들, 우주 탐험을 위한 방사성 동위원소 전력 시스템들, 알파 볼타 셀, 베타 볼타 셀, 도로, 하늘 및 바다 수송 차량들을 위한 연료로서의 핵 배터리, 과학 연구 및 농업 및 많은 다른 응용들.
다른 실시예에서, 본 개시는 진단 목적들 예컨대 의료 이미징 및 치료 응용들 예컨대 암 치료와 같은 핵 의학 적용들을 위해 알파, 베타, 감마/X 선 방출 방사성핵종들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 심우주 임무들을 강화하기 위해 사용되는, 238Pu와 같은 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 큰 내부 정지 에너지를 갖는 수은 기반 화합물의 상자성 및 여기 상태를 사용하여 변환 기술에 의해 생성되는 높은 비방사능을 갖는 방사성핵종들을 생산하는 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 표적 원소들(주기율표의 더 많은 원소 중 임의의 하나)의 원자핵과 반응하고 표적 원소들을 높은 비방사능을 갖는 낮은 질량, 높은 질량, 높은 밀도, 희토류, 초중 원소 방사성핵종들을 포함하는 많은 새로운 원소들로 변환한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 수소에서 우라늄 및 초우라늄 원소들까지의 다양한 표적 원소들(주기율표의 임의의 하나 이상의 원소)로부터 낮은 질량 원소들, 높은 질량 원소들, 높은 밀도 원소들, 희토류 원소들 및 초중 원소들을 포함하는 다양한 알파 방사성핵종들, 베타 방사성핵종들 및 감마/X 선 방사성핵종들을 생산하는 것을 포함하는 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 표적 원소들은 용융 상태, 액체 상태, 고체 상태 및 기체 상태로 또는 그것의 조합으로 존재할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 높은 비방사능을 갖는 방사성핵종들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 다양한 양태들에서, 회수된 방사성핵종들은 담체가 없거나 본질적으로 담체가 없을 수 있으며, 이들은, 예를 들어 약 1 밀리퀴리/마이크로그램(mCi/μg) 내지 20 mCi/μg, 약 1 mCi/μg 내지 10 mCi/μg, 약 5 mCi/μg 내지 10 mCi/μg, 약 5 mCi/μg 내지 15 mCi/μg, 약 8 mCi/μg 내지 20 mCi/μg, 또는 약 10 mCi/μg 내지 20 mCi/μg, 약 0.0001 mCi/μg 내지 1 mCi/μg의 비방사능을 갖지만 그것에 제한되지 않는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 치료 및 의료 적용들뿐만 아니라 방사능 소스 준비, 및 핵 연료 재처리에 가장 중요한 변환된 결과적인 표적 재료로부터 원하는 방사성 동위원소의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 급성 골수성 백혈병(AML), 유방 암, 난소 암, 교아종들, 신경아세포종들, 전립선 암, 방광 암, 림프종, 흑색종, 신경내분비 암, 췌장 암, 혈액 매개 암들의 치료를 위해 치료 알파 방출 방사성 동위원소들을 분리하고 정화하기 위한 프로세스 및 시스템을 제공하는 것인 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 다른 재료들로부터 임의의 2가 양이온들(예를 들어, 알칼리 토류 예컨대 Ca(II), Sr(II) Ba(II), 및 Ra(II)) 및 3가 양이온들(예를 들어, Y-90, 란타니드들, Lu-177, Sm-153, Er-169, Tb-161, Gd-159, Pr-143, Pm-149, Dr-165, Ho-166, Pr-142, Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211), 및 4족 원소들 Ti, Zr, Hf, Th의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 변환된 결과적인 표적 재료로부터 예컨대 Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211을 분리하고 정화하기 위한 프로세스 및 시스템을 제공하는 것인 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211을 분리하고 정화하기 위해 단일 수지 베드를 사용함으로써 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 그것에 의해 무기산은 Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211을 수지로 수송하고 흡착하기 위한 매개체로서 필요하다. 본 발명의 장점은 방사성의약적으로 순수한(예를 들어, 약 95 퍼센트 초과) Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211이 매우 짧은 시간에 생산된다는 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 동종 또는 이종 벌크 재료로부터 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 방법은 용액을 생성하기 위해 를 용해하는 단계; 수지 상에 동위원소들을 유지하고 표적 원소를 함유하는 용리제를 발생시키기 위해 용액을 수지와 접촉시키는 단계; 수지로부터 불순물들(예를 들어, 낮은 질량 원소들, 높은 질량 원소들, 높은 밀도 원소들 표적 원소/들, 임의의 잔류 및 다른 이온들)을 제거하기 위해 동위원소 함유 수지를 제1 농도의 산과 접촉시키는 단계; 및 수지로부터 정화된 동위원소를 제거하기 위해 동위원소 함유 수지를 제2 농도의 산과 접촉시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 다른 재료들로부터 +2, +3, 및 +4 산화 상태 일부분들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 Sc-47, Lu-177, Y-90, 및 Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는, 단단한 3가 산화 상태 일부분들을 분리하고 정화하기 위한 간편한 방법을 제공한다("하드" 이온들은 작은 이온 반경들 및 큰 양이온 전하들을 가짐).
다른 실시예에서, 본 개시는 동위원소 액체상 내의 용해제로서 황산, 질산 및 염산과 같은 무기산들을 포함하여 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 동위원소 리큐어에서 다른 산들과 황산의 혼합물들(예컨대: 불화수소산/황산, 질산/황산, 염산/황산 등)을 포함하여 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 유황은 임의의 산 혼합물의 주성분이다. 예를 들어, 황산은 불화수소산을 초과한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 의료 및 다른 적용들을 위한 방사성 동위원소들의 높은 순도(95 퍼센트 초과) 수율을 생성하기 위해 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 순도는 높은 비방사능과 관련된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 변환된 결과적인 표적 재료로부터 의료 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 하나의 그러한 방사성 동위원소는 Ac-225이다. 악티늄은 하드 3가(+3) 산화 상태를 갖는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 표적 원소들의 변환에 의해 생산되는 결과적인 표적 재료의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 표적 원소들은 또한 용융상, 고체상, 기체상 및 액체상의 혼합물들일 수 있다. 표적 원소들은 결과적인 표적 재료 내에서 관심있는 방사성 동위원소들의 생산을 위해 큰 내부 정지 에너지를 갖는 수은 기반 화합물의 상자성 및 여기 상태를 사용하여 변환된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 순 99.9% 납과 같지만 그것에 제한되지 않는 표적 원소들에 의해 생산되는 결과적인 표적 재료의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 표적 원소 순 99.9% 납은 Th-227, Ac-225, Ra-224, Ra-223, Bi-213,Bi-212, Pb-211, At-211과 같은 알파 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위해 상자성 및 여기 상태 수은 기반 화합물과 반응된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 산과 접촉되는, 알파 방출 방사성 동위원소들을 함유하는 결과적인 표적 재료의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 60C 초과이지만 물의 끓는점 미만으로 가열되어, 용해된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 물과 같은 극성 용매는 용액의 점도를 조정하기 위한 방사성 동위원소들을 함유하는 산 용액에 첨가되며, 그것에 의해 더 많은 자유로운 흐름 용액을 제조한다. 수지의 초기 로딩은 pH 약 -0.5 내지 약 -1.5를 갖는 산 농도에서 약 3 M 이상의 액체상을 갖는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 자유로운 흐름 용액은 분리 프로세스로 시작하기 위해 용액을 수지에 침투시키는 다음 단계를 용이하게 하는 데 바람직하다. 수지는 칼럼 또는 자유로운 흐름에서와 같이 한정될 수 있거나, 관심있는 분석제는 희석제가 납과 같은 주 표적 원소를 포함하도록 칼럼 상에 유지된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 단일 양이온 교환 수지 칼럼 또는 베드는 프로세스에 이용된다. 그 다음, 수지는 알파 방출 방사성 동위원소 함유 수지로부터 불순물들(예를 들어, 낮은 질량 원소들, 높은 질량 원소들, 높은 밀도 원소들, 희토류 원소들 등)의 추출을 시작하기 위해 약 3 M 내지 약 8 M의 질산을 받는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 제2 불순물 방출 워시는 마일드(약 5 M 내지 약 8 M) 염산을 사용하여 이용된다. 이것은 제2 불순물들-적차 희석제를 생성하고 제1 워시로부터 남아 있는 임의의 잔류 질산을 제거한다. 그러나, 최종 생성물이 HNO3에 바람직하면, 어떠한 HCl 워시도 필요하지 않다. 오히려, 희석 HNO3(0.1 M)을 사용하는 제2 워시는 초기 5 내지 8 M HNO3 워시 후에 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 불순물들은 이하의 순서로 씻어내어진다: 수지는 우선 추가의 납을 제거하기 위해 H2SO4로 로딩되고, 그 다음 수지에는 수지에서 다른 원소 불순물들을 제거하기 위해 HNO3이 침투되고 이어서 HCl은 동위원소가 HCl에 공급되는 그들 사례들에서, 최종 생성물이 HCl에 단독으로 있도록 수지 매체들을 HCl 형태로 얻기 위해 HNO3을 제거하도록 수지에 첨가된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 무거운 알파 방출 방사성핵종-적차 수지에는 주로 용해된 알파 방출 방사성핵종들을 포함하는 희석제를 발생시키기 위해 상대적 희석 산(예컨대 0.15 M 염산)이 침투된다. 이것은 재활용에 적절한 결과적인 수지를 제공한다. 결과적인 용리된 예컨대 Ac-225는 예컨대 순수(예를 들어, 95 퍼센트 초과) Ac-225 희석제를 제공하기 위해 용리된 Ac-225를 살균 필터와 접촉시킴으로써 여과를 받는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 변환된 결과적인 납 표적 재료는 약 2 M 미만, 바람직하게는 약 1 M 내지 약 0.1 M의 농도로 희석 질산을 사용하여 용해된다. 납 제거 단계들이 무기산 용액들만을 필요로 할 가치가 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 불순물 추출 단계들, 즉 변환 후 결과적인 납 재료 제거는 상대적으로 농축된 질산(예를 들어, 약 3 M 초과 및 약 8 M 미만) 및 염산(예를 들어, 약 3 M 초과 및 약 8 M 미만) 각각을 필요로 한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 질산, 염산, 황산과 같은 무기산에서 용해되는 변환된 결과적인 납의 초기 가열, 프로세스는 임의의 온도 및 압력에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 0 C 내지 150 C 사이의 온도들이 허용가능하다.
다른 실시예에서, 본 개시는 알파 방출 방사성 동위원소들, 베타 방출 방사성 동위원소들 및 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위해 수은 기반 화합물을 표적 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 제작하기 위한 방법을 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 제작된 수은 기반 화합물은 상자성이고 여기 상태에 존재하며, 방법은 이하의 단계들을 갖는 수은 기반 화합물의 제작을 포함한다:
- 순수 무기산 또는 무기산의 용액을 용기 내에 제공하는 단계;
- 액체 수은을 용기에 추가하는 단계;
- 수은 및 무기산을 반응시켜 혼합물을 형성하는 단계; 및
- 혼합물을 검조하여 실온 및 환경 압력들에서 수은 기반 화합물을 분말 형태로 형성하는 단계,
무기산 대 액체 수은의 비율은 무기산 대 수은의 적어도 실질적으로 0.1:1 내지 10:1의 범위로부터 선택되며, 무기산은 ml에 기초하고 액체 수은은 그램에 기초하며, 건조하는 단계는 30 분 내지 10 시간의 범위에서 선택되는 시간 동안 80°내지 150℃의 범위에서 선택되는 온도에서 수행된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 알파 방출 방사성 동위원소들, 베타 방출 방사성 동위원소들, 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들을 함유하는 그 결과적인 표적 재료의 일부들을 변환하기 위해 표적 원소를 변환한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 액체를 이온 교환 매체들에 접촉시킴으로서 동위원소를 정화하고, 교환 매체들을 재활용하고; 프로세스를 반복한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자들(음이온들 또는 양이온들)을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
많은 이온들의 전자 구성은 주기율표에서 그들에 대한 가장 가까운 불활성 가스의 전자 구성이다. 음이온은 하나 이상의 전자들을 얻어서, 음전하를 취득하는 이온이다. 양이온은 하나 이상의 전자를 손실하여, 양전하를 얻는 이온이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 쌍이 아닌 전자들을 포함하는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 습식제련 프로세스들을 사용하여 전자들을 기부하거나 전자들을 허용함으로써 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 친핵체 재료/원소들을 사용하여 전자들을 기부함으로써 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 작용기 복합체들, 유기 화합물들 및 탄소 나노튜브들과 결합된 알파 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위해 수은 기반 화합물을 표적 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 제작하는 방법 및 결과적인 표적 재료로부터 작용기 복합체들, 유기 화합물들 및 탄소 나노튜브들과 결합된 알파 방출 방사성 동위원소들의 추가 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 작용기 복합체들, 유기 화합물들 및 탄소 나노튜브들과 결합된 베타 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위해 수은 기반 화합물을 표적 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 제작하는 방법 및 결과적인 표적 재료로부터 작용기 복합체들, 유기 화합물들 및 탄소 나노튜브들과 결합된 베타 방출 방사성 동위원소들의 추가 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 작용기 복합체들, 유기 화합물들 및 탄소 나노튜브들과 결합된 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들의 생산을 위해 수은 기반 화합물을 표적 원소들의 변환을 위한 에너지원으로서 제작하는 방법 및 결과적인 표적 재료로부터 작용기 복합체들, 유기 화합물들 및 탄소 나노튜브들과 결합된 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들의 추가 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
유기 화학에서, 친전자체는 전자 쌍 억셉터이다. 친전자체들은 전자 풍부 중심에 끌어당겨지는 빈 궤도들을 갖는 양전하로 하전되거나 중성 종들이다. 그것은 친핵체에 결합되기 위해 전자 쌍을 허용함으로써 화학 반응에 참여한다. 친전자체들이 전자들을 허용하기 때문에, 그들은 루이스 산들이다. 대부분의 친전자체들은 양전하고 하전되거나, 부분 양전하를 운반하는 전자를 갖거나, 전자들의 옥텟을 갖지 않는 전자를 갖는다. 그들은 전자들을 또한 끌어당기는 것으로 나타나고 그들이 부분적으로 비어있는 것처럼 행동하는 것으로 보인다. 따라서, 이들 부분적으로 빈 물질들은 전자 풍부 중심을 필요로 하고, 따라서 그들은 충전된다. 친전자체들은 전자 민감 또는 광민감으로 관찰될 수 있다. 친전자체들은 하나의 친핵체의 대부분의 전자 밀집 부분의 공격을 받는다.
친핵체는 반응과 관련하여 화학 결합을 형성하기 위해 전자 쌍을 기부하는 화학 종들이다. 자유 쌍의 전자들 또는 적어도 하나의 pi 결합을 갖는 모든 원소들, 원자들, 분자들 또는 이온들은 친핵체들로서의 역할을 할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 2 KeV 내지 9 MeV의 에너지 범위를 갖는 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 2 KeV 내지 9 MeV의 에너지 범위를 갖는 베타 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 100 eV 내지 8 MeV의 에너지 범위를 갖는 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 친전자체 원소들/재료를 사용하여 전자들을 기부함으로써 회수될 수 있다.
친핵체는 수소와 다른 전자에 결합되는 전자 도너(결합에 이용가능한 전자 쌍을 가짐)이다. 염기는 수소에 결합되는 전자 도너이다. 염기들 또는 친핵체들의 작용에서 기인하는 변환들은 많고 변화된다.
이들 변환들은 한 세트의 원리들을 따르고 카테고리화될 수 있어 많은 상황들에 걸쳐 적용될 수 있는 이해의 레벨을 초래한다. 친전자체들의 유형들뿐만 아니라 친핵체들의 유형은 변환에 영향을 미칠 수 있다. 전자 도너는 전자들을 다른 화합물에 기부하는 화학 엔티티이다. 그의 기부 전자들에 의해, 프로세스에서 자체 산화되는 것은 환원제이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 친핵체 재료/원소들을 사용하여 전자들을 기부함으로써 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 결과적인 표적 재료로부터 탄소 나노튜브들과 결합된 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 결과적인 표적 재료로부터 탄소 나노튜브들과 결합된 베타 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 결과적인 표적 재료로부터 탄소 나노튜브들과 결합된 베타 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
전자 도너-억셉터 이동에서, 얻어지거나 손실되는 전체 에너지 균형(ΔE), 즉, 에너지는 억셉터의 전자 친화도(A)와 이온화 전위(I) 사이의 차이에 의해 결정된다:
전자 억셉터들은 화학 반응들에서 산화제들로서의 역할을 하는 이온들 또는 분자들이다. 전자 도너들은 전자들을 기부하는 이온들 또는 분자들이고 환원제들이다. 물(H2O)을 생산하기 위해 기체 수소 및 산소의 연소 반응에서, 2개의 수소 원자는 그들의 전자들을 산소 원자에 기부한다. 이러한 반응에서, 산소는 -2의 산화 상태로 환원되고 각각의 수소는 +1로 산화된다. 산소는 산화제(전자 억셉터)이고 수소는 환원제(전자 도너)이다.
산소는 유기 탄소 분자들로부터 전자들을 허용하는 전자 억셉터이고; 그 결과 산소는 H2O에서 -2 산화 상태로 환원되고 유기 탄소는 CO2에서 +4로 산화된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 환원제를 사용하여 회수될 수 있다.
질산염, 황산염뿐만 아니라, 철 및 망간 산화물들은 전자 억셉터들로서의 역할을 할 수 있다.
다른 공통 전자 억셉터들은 유기 분자들을 산화할 수 있기 때문에 과산화물 및 차아염소산염을 포함한다. 다른 공통 전자 도너들은 아황산염과 산화방지제들을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자를 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 아는 산화제를 사용하여 회수될 수 있다.
산화제, 또는 옥시던트는 전자들을 얻고 화학 반응에서 환원된다.
또한 전자 억셉터로 공지되어 있으며, 산화제는 통상적으로 전자들을 얻고 환원되기 때문에 그의 더 높은 가능한 산화 상태들 중 하나에 있다. 산화제들의 예들은 할로겐들, 질산 칼륨, 및 질산을 포함한다.
환원제, 또는 환원체는 전자들을 손실하고 화학 반응에서 산화된다.
환원제는 전형적으로 거의 더 낮은 산화 상태들 중 하나에 있고, 전자 도너로서 공지되어 있다. 환원제는 레독스 반응에서 전자들을 손실하기 때문에, 산화된다. 환원제들의 예들은 토류 금속들, 포름산, 및 아황산염 화합물들을 포함한다.
공통 산화제들: O2, O3, F2, Br2, H2SO4
공통 환원제들: H2, CO, Fe, Zn, Al, Li.
AA가 전자들을 손실할 때, 그것은 산화되고, 따라서 환원제이다.
BB가 전자를 얻을 때, 그것은 환원되고, 따라서 산화제이다.
AA는 산화되고 BB는 환원된다.
레독스 반응에서, 항상 산화 및 환원제가 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 레독스 프로세스를 사용하여 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 작용기 복합체들과 결합된 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 작용기 복합체들과 결합된 베타 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 작용기 복합체들과 결합된 감마/X 선 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 전자 도너로서 자유 라디컬들을 사용하여 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 주기율표의 임의의 하나 이상의 원소로부터 획득되는 쌍이 아닌 전자들을 포함하고, 고체 상태 또는 액체 상태 또는 기체 상태에 존재하고, 초과의 전자들 또는 더 적은 전자들을 갖는 상자성 재료로서 변환 생산 재료로부터 알파 방출 방사성 동위원소들 및 다른 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 이는 전자 억셉터로서 자유 라디컬들을 사용하여 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 치료법, 핵 의학, 표적 알파 치료(TAT), 핵 배터리들, 및 핵 연료의 적용, 산업 응용들을 위한 1 내지 7 MeV, 예컨대 Ac-5 내지 6 MeV, Am 5 내지 6 MeV, At 5 내지 7 MeV, Bk 5 내지 6 MeV, Bi 4 내지 7 MeV, Cf 5 내지 7 MeV, Cm 4 내지 7 MeV, Dy 2 내지 3 MeV, Es 6 내지 7 MeV, Fm 6 내지 7 MeV, Fr 6 내지 7 MeV, Gd 2 내지 4 MeV, Hf 2 내지 3 MeV, Md 6 내지 7 MeV, Nd 1 내지 2 MeV, NP 4 내지 5 MeV, Os 2 내지 3 MeV, Pt 3 내지 4 MeV, Pu 4 내지 6 MeV, Pa 4 내지 6 MeV, Ra 4 내지 6 MeV, Rn 5 내지 7 MeV, Sm 2 내지 3 MeV, Th 3 내지 7 MeV, U 4 내지 6 MeV의 에너지를 갖는 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 Ac-225, Ra-224, At-211, Pb-212 및/또는 Bi-213의 치료적으로 효과적인 양들을 획득하기 위한 알파 방출 방사성 동위원소들의 분리 및 정화를 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 알파 입자 방출 방사성 동위원소들을 포함하는 용액들을 생산하기 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 그러한 알파 입자 방출 방사성 동위원소들은 표적 알파 치료("TAT")에 유용할 수 있다. 예를 들어, 표적 알파 치료 암 치료들은 방사면역치료 방법들에 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 본원에 설명된 방법들 및 생성물들은 일반적으로 알파 입자 방출 방사성 동위원소들 및 그러한 알파 입자 방출 방사성 동위원소들을 방사성 붕괴를 통해 발생시킬 수 있는 원소들에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 알파 방출 입자 동위원소들 Pb-212, Bi-213, 및 Ac-225의 치료량들을 포함하는, 알파 입자 방출 동위원소들 및 그것의 발생기들을 포함하는 생산하기 위한 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이다. 더욱이, 방법들은 Ra-228, Th-228, 및/또는 Ra-224의 치료량들을 포함하는 용액들을 생산할 시에 유용할 수 있으며, 그 중 어느 하나는 Pb-212를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 본원에 설명된 방법들은 Ac-225, 및/또는 Ra-225의 치료량들을 포함하는 용액들을 생산할 시에 유용할 수 있으며, 그 중 어느 하나는 Bi-213을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 양태에서, Ac-225 자체는 알파 입자 방출 방사성 동위원소로서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, Ac-225는 3개의 후속 알파 입자 방출을 통해 Bi-213으로 붕괴될 수 있으며, 그 자체는 Pb-209에 대한 제4 알파 입자 방출을 겪을 것이다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, "흡착제"는 다른 재료를 흡착하는 재료이다. "흡착" 등은 예컨대 화학적, 물리적 및/또는 전기적 인력에 의해, 흡착제의 표면에 부착하는 것을 의미한다. 흡착된 재료는 흡착으로 인해 흡착제의 표면에 부착하는 재료이다. 흡착된 재료는 예를 들어, 적절한 pH를 갖는 적절한 용매 및/또는 적절한 용액(예를 들어, 추출 용액)에 의해, 흡착제의 표면으로부터 제거될 수 있으며, 즉, 용매/용액은 흡착제(예를 들어, 크라운 에테르 재료)로부터 흡착된 재료(예를 들어, 2가 양이온)를 탈착할 수 있다. 다른 양태에서, 표면은 (예를 들어, 화학 결합을 통해) 흡착제의 표면에 묶여지는 분자들(예를 들어, 크라운 에테르)을 포함할 수 있고, 그러한 분자들은 본원에서 표면의 일부인 것으로 간주된다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 흡착제는 흡착제로부터 악티니드 원소들 중 적어도 일부를 제거하기 위해 산 워시 용액과 접촉될 수 있다. 산 워시 용액 및 적어도 일부 악티니드들(예를 들어, 악티니드 원소 양이온들)을 포함하는 산 워시 용액 폐수는 충전된 칼럼으로부터 방출되고 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 용액들은 충전된 칼럼의 유입구에 제공될 수 있고 그로부터의 폐수는 유출구로부터 방출되고 수집될 수 있다. 충전된 칼럼에 대한 적절한 재료들은 유리(예를 들어, 실리카 유리, 붕규산염 유리 등), 및 폴리머 재료들을 포함한다. 일부 적절한 폴리머 재료들은 다른 것들 중에서, 가소성 작용제들이 없는 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 흡착제는 2가 양이온 원소들을 향해 선택성을 갖는다. 예를 들어, 라듐 및/또는 악티늄의 2가 양이온들은 적절한 흡착제를 사용하여 본원에 설명된 용액들 중 하나 이상으로부터 선택적으로 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 흡착제들은 정지상(예를 들어, 노출되는 용액에 용해되지 않는 고체 재료)을 포함할 수 있다. 정지상은 2가 양이온들의 선택적 흡착을 용이하게 하기 위해 조정되는 다른 재료들을 포함할 수 있다. 다른 재료들은 정지상(예를 들어, 공유 결합을 통해) 정지상에 묶여지거나, 그렇지 않으면 정지상에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 흡착제들 중 하나 이상은 하나 이상의 완전 주기적 폴리에테르 재료를 포함한다. 그러한 완전 주기적 폴리에테르 재료들은 2가 양이온들의 선택적 흡착을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 완전 주기적 폴리에테르 재료는 다른 것들 중에서, 18-크라운-6 크라운 에테르 재료들, 및/또는 21-크라운-7 크라운 에테르 재료들과 같은, 적어도 하나의 크라운 에테르를 포함한다. 게다가, 2가 양이온들의 선택적 흡착을 용이하게 하기 위해 조정되는 재료들의 다양한 조합들(예를 들어, 조합들 of 크라운 에테르들의 조합들)이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 여기서 용액은 알파 입자 방출 방사성 동위원소들(예를 들어, 의료 설정에 사용될 수 있는 Pb-212, Bi-213, Ra-224 Ac-225, At-211 또는 임의의 다른 적절한 알파 입자 방출 방사성 동위원소들)의 치료적으로 효과적인 양을 포함한다.
특정 베타 입자 방사체들은 암들의 치료에 효과적인 것으로 길게 간주되었다. 더 최근에, 알파 방사체들은 제암약들에서의 사용을 위해 표적되었다. 알파 방사체들은 수개의 방식들로 베타 방사체들과 상이하며, 예를 들어, 그들은 조직들에서 더 높은 에너지들 및 더 짧은 범위들을 갖는다. 생리적인 주위들에서의 전형적인 알파 방사체들의 방사선 범위는 일반적으로 100 μm 미만이며, 수개의 셀 직경들만의 등가이다. 이러한 상대적으로 짧은 범위는 알파 방사체들이 미세전이들을 포함하는 종양들의 치료에 특히 아주 적합하게 되게 하는데, 왜냐하면 그들이 효과적으로 표적되고 제어될 때, 상대적으로 적은 방사된 에너지가 표적 셀들을 넘으며, 따라서 주위 건강한 조직에 대한 손상을 최소화하기 때문이다. 대조적으로, 베타 입자는 물에서 1 mm 이상의 범위를 갖는다.
다른 실시예에서, 본 개시는 방사성 동위원소 발생기 시스템에 관한 것이며, 알파 입자 방사선의 에너지는 베타 입자들, 감마선들 및 X-선들로부터의 에너지와 비교하여 높으며, 전형적으로 5 내지 8 MeV이거나, 베타 입자 방사선으로부터의 것보다 5 내지 10 배 더 높고 감마 방사선으로부터의 거보다 적어도 20 배 더 높다. 매우 짧은 거리에 걸친 매우 큰 양의 에너지의 제공은 베타 또는 감마 방사선과 비교할 때 알파 방사선에 예외적으로 높은 선형 에너지 전달(LET)을 제공한다. 이것은 알파 방출 방사성핵종들의 예외적인 세포독성을 설명하고 또한 건강한 조직의 조사로 인해 허용불가능한 부작용들을 회피하기 위해 필요한 방사성핵종 분포의 제어 및 연구의 레벨에 관한 엄격한 요구들을 부과한다.
Claims (15)
- 표적 재료의 변환에서 기인하는 적어도 하나의 방사성핵종을 회수하기 위한 방법으로서, 상기 적어도 하나의 방사성핵종이 풍부한 생성물은 이하의 동작들 중 적어도 하나를 포함하는 질량 분리 프로세스에서 상기 표적 재료로부터의 변환 후에 추출되며, 상기 동작들은,
고체 지지체에 상기 적어도 하나의 방사성핵종의 선택적 흡착 및 증발에 의한 상기 적어도 하나의 흡수된 방사성핵종의 탈착; 또는
금속 전극 상에 상기 적어도 하나의 방사성핵종 또는 상기 표적 재료를 전기화학적으로 증착함으로써 상기 적어도 하나의 방사성핵종의 전기화학적 분리; 또는
상기 적어도 하나의 방사성핵종이 상기 표적 재료보다 덜 휘발성이면, 진공 하에 또는 불활성 분위기에서 고온 승화에 의한 상기 표적 재료의 제거를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 분리 분리는 후속 반복에서의 출발 재료로서 이전 반복에서 추출된 재료로 반복되는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표적 재료는 용융 조건, 기체 형태, 액체 형태, 고체 형태, 이온 형태, 염 형태 중 하나, 또는 그것의 적어도 부분 조합에 있는, 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 방사성핵종은 악티늄 225인, 방법.
- 제4항에 있어서, 라듐 223 또는 라듐 224 또는 라듐 225로부터 선택되는 적어도 하나의 추가 방사성핵종은 악티늄 225와 공동 추출되는, 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표적 재료는 여기 상태에서 수은 기반 화합물인, 방법.
- 표적 재료의 변환에 의한 방사성 동위원소의 생산을 위한 방법으로서, 여기 상태 수은 기반 화합물은 상기 표적 재료의 변환을 위한 에너지원으로서 사용되는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 표적 재료는 초우라늄 원소들을 포함하는 원소들의 주기계에서 원소들 중 적어도 하나 또는 원소들의 조합인, 방법.
- 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변환은 상기 수은 기반 화합물과 접촉하여 상기 표적 재료의 용융 상태로 수행되는, 방법.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 방사성 동위원소들은 변환 후에 상기 표적 재료로부터 분리되는, 방법.
- 제10항에 있어서, 분리는 특히 이온 교환, 액체 크로마토그래피 수지 크로마토그래피, (건식 또는 습식) 증류, 승화, 침전 및 추출, 특히 고체 상태 추출(SPE), 액체-액체 추출(LLE)을 포함하는, 화학적 또는 방사화학적 처리에 의해 수행되는, 방법.
- 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 변환에 의해 획득되는 상기 방사성 동위원소는 방사성 크로마토그래픽 분리에 의해 정화되는, 방법.
- 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무운반체 동위원소는 원자 또는 이온 형태로 또는 분자 이온으로서 획득되는, 방법.
- 변환을 위한 에너지원으로서 원자핵 여기 상태에서의 재료를 통한 표적 재료의 변환에 의해 방사성 동위원소의 생산을 위한 장치로서, 상기 장치는 상기 표적 및 여기 상태 재료들을 수용하고 상기 표적 재료의 용융 온도 이상인 가열 온도를 제공하기 위한 용융로를 포함하는, 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 용융로는 진공 용융로인, 장치.
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