碘在銀絲上的吸附工藝研究

何佳恒，鐘文彬，姜 林，李興亮，王 靜，馬宗平

中國工程物理研究院 核物理與化學研究所，四川 綿陽 621900

放射性藥物用于腫瘤治療在臨床上已經(jīng)非常普遍，常見的放射性藥物大多通過藥物本身在腫瘤組織中的特異性分布及放射性來實現(xiàn)對腫瘤的治療。但與此同時藥物注入體內(nèi)將參與體內(nèi)循環(huán)，從而在體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的各組成部分有不同程度的分布，因而對正常器官及周圍的正常組織有不同程度的不必要的劑量照射[1-4]。始于20世紀60年代初的密封種子源直接植入腫瘤中對腫瘤進行治療，這種技術(shù)具有腫瘤組織受照劑量高、而周圍正常組織受到照射劑量低、療效顯著、并發(fā)癥少等優(yōu)點[5-9]。但由于當時技術(shù)條件的限制而未能得到廣泛的開展。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)及超聲技術(shù)的發(fā)展，使得種子源在20世紀80年代后期重新受到重視[9-10]。其中125I種子源由于易于制備且價格低廉，目前在國內(nèi)外被廣泛用于腫瘤的治療[11-17]。常見的125I種子源是將125I吸附在由銀絲、銥絲、陶瓷珠等做成的源芯上，然后采用激光焊接等技術(shù)將源芯密封于鈦管而成。常見的吸附方法有：銀絲直接對125I進行吸附；將銀絲經(jīng)氯酸鈉、鹽酸氧化氯化后對125I進行吸附；將銀絲經(jīng)雙氧水、鹽酸體系氧化氯化后對125I進行吸附。以上吸附方法存在吸附時間較長、吸附容量有限的不足，且相關(guān)技術(shù)均已申請了專利。為克服以上不足，并擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)，本工作擬對125I在銀絲上的吸附工藝進行研究。鑒于131I的化學性質(zhì)與125I一致，且價廉易得，易于測量，故用131I代替125I進行研究。

1 試劑及設(shè)備

碘[131I]化鈉溶液，約18.5 GBq/L，放射化學純度大于95%，由四川大學提供；銀絲，純度99.99%；其它試劑均為分析純，未經(jīng)任何處理。

SHZ-82振蕩器,金壇市國旺實驗儀器廠；CRC-15R活度計,美國Capintec INC.公司；S-450電鏡,日本日立公司。

2 實驗方法

2.1 銀絲的酸化

將丙酮浸泡好的銀絲依次用熱水、冷水沖洗至銀絲表面呈現(xiàn)光亮的銀色。用4 mol/L HNO3處理后依次用熱水、冷水沖洗至銀絲表面無沾污，風干待用。

2.2 銀絲的鹵化

選用3種鹵化劑對銀絲進行鹵化。對鹵化劑的濃度和鹵化時間進行考察。

2.3 吸附工藝的優(yōu)化研究

對酸化條件、鹵化條件、pH值、吸附時間(tad)、載體碘量、初始活度等對吸附的影響作了考察。

3 結(jié)果與討論

3.1 銀絲的酸化

3.1.1酸化方式的選擇 將洗凈的銀絲分為4組，一組置于去離子水中不酸化，一組置于冷的4 mol/L HNO3溶液中放置20 min，一組置于4 mol/L HNO3溶液中沸水浴(約92 ℃)處理20 min，一組置于4 mol/L HNO3溶液中直接加熱酸化。結(jié)果表明，冷HNO3來酸化銀絲效果較好；去離子水對銀絲表面處理不夠；銀絲在熱HNO3中可能存在微量溶解，導(dǎo)致銀絲表面積減小，表面參與反應(yīng)的Ag減少，進而影響了銀絲的鹵化和吸附；銀絲放入HNO3直接加熱酸化(約80 ℃)，5 min后銀絲將完全溶解，所以在這個過程中一定要控制好酸化的時間和溫度。

3.1.2酸化狀態(tài)的選擇 將銀絲分為2組，一組置于振蕩器上進行動態(tài)酸化，一組放在通風櫥進行靜態(tài)酸化。肉眼可以觀察到靜態(tài)酸化后的銀絲有的地方呈灰白色，有的地方還是光亮的銀色，不均勻，灰白的是一層氧化膜(Ag2O)；動態(tài)酸化后的銀絲全呈均勻的銀色，這是由于表面的氧化膜(Ag2O)在動態(tài)下迅速與硝酸反應(yīng)溶解，留下的是處理干凈的Ag表面。所以選擇動態(tài)酸化。

3.1.3酸化時間(tacid)的選擇 分別將3組銀絲在冷的4 mol/L HNO3溶液中處理10、20、30 min后取出洗凈風干，鹵化后進行吸附，比較不同酸化時間下吸附率的變化。結(jié)果表明，較短的酸化時間不利于銀絲的吸附，較長的酸化時間將導(dǎo)致銀絲的微量溶解，減少銀絲表面積，進而減少銀絲的吸附量，因此選擇酸化時間20 min。

3.2 銀絲的鹵化

3.2.1鹵化劑的選擇 將酸化好的銀絲放入3種不同的鹵化劑(2 mol/L NaClO3；2 mol/L NaClO4；濃NaClO2，濃度約為1.6～1.7 mol/L)中，在振蕩器上進行鹵化。由鹵化結(jié)果可知，銀絲經(jīng)NaClO4鹵化后幾乎不能吸附上131I，這有可能是由于NaClO4氧化性太強，將Ag氧化成Ag2O，幾乎沒有AgCl形成，所以不可能發(fā)生如下的置換反應(yīng)：

所以銀絲上131I的放射性活度A(131I)幾乎為0；NaClO2最利于銀絲的吸附，但是在鹵化的過程中，放出的Cl2對人體傷害較大且不夠環(huán)保，所以本工作選擇與NaClO2鹵化效果差不多的NaClO3作為鹵化劑。

3.2.3鹵化時間(thalo)對吸附的影響 將銀絲放于冷的4 mol/L HNO3溶液中，置于振蕩器上振蕩酸化15 min。取出分別用熱水、冷水、丙酮洗凈風干，然后將銀絲放在2.0 mol/L NaClO3中進行鹵化，在不同時間(30 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min、24 h)取出，洗凈風干后進行吸附實驗，考察鹵化時間對吸附的影響，結(jié)果示于圖1(b)。由圖1(b)可知，鹵化在3 h左右達到平衡，過長時間(約24 h)的鹵化并不能提高銀絲的吸附率。在本實驗操作中，選擇3 h進行鹵化。

圖1 NaClO3濃度(a)和鹵化時間(b)對銀絲吸附131I的影響Fig.1 Effect of the concentration of NaClO3(a) and halogenation time(b) on the adsorption of 131I on silver wire酸化方式(Acidification manner)，冷(Cold)HNO3；酸化狀態(tài)(Acidification state)，動態(tài)(Dynamic)；tacid=20 min；tad=3 h；pH≈3；120 μL 0.2 g/L KI(a)：thalo=5 h；(b):鹵化劑(Halogenation reagent), 2 mol/L NaClO3

圖2給出了不同過程中銀絲的電鏡掃描照片。圖2(a)是未處理銀絲的表面形貌，可以看到表面有很多劃痕；圖2(b)是銀絲經(jīng)過酸化后的表面形貌，可以看到銀絲表面發(fā)生了較劇烈的化學反應(yīng)(Ag+HNO3——AgO——AgNO3)；圖2(c)是經(jīng)過鹵化后的銀絲，可以看到經(jīng)過酸化腐蝕的銀絲表面在鹵化過程中得到了一定的修復(fù)(Ag++Cl-——AgCl)，但是圖片顯示表面有部分鹵化不均勻，可在以后的實驗中繼續(xù)優(yōu)化銀絲的鹵化工藝。

3.3 吸附工藝的優(yōu)化研究

3.3.1吸附時間對吸附效果的影響 在室溫下，將鹵化好的銀絲加入吸附液(由1 mL pH≈4的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液、120 μL KI溶液(ρ(KI)=0.2 g/L)和80 μL(約18.5 GBq/L)碘[131I]化鈉溶液組成)，改變吸附時間(tad)分別為10、20、30、45、60、90、120、150 min，吸附結(jié)果示于圖3(a)。從圖3(a)可看出，tad=10～60 min時吸附效率受時間影響不大；當tad>60 min后，隨著吸附時間的增長，吸附效率略有下降。因此選定30 min作為最佳吸附時間。

3.3.2pH值對吸附效果的影響 在室溫下，加入3.3.1節(jié)所述吸附液，改變緩沖溶液pH值分別為3、4、5、6、7、9。吸附后結(jié)果示于圖3(b)，從圖3(b)可看出，隨著pH值的升高，吸附效率逐步變差，pH≈3時吸附效果較好，有可能更低的pH值(pH≈2)將更利于碘的吸附，但考慮到碘在強酸性溶液中易揮發(fā)造成環(huán)境污染，所以選定pH≈3為吸附溶液酸度。

3.3.3載體碘量對吸附效果的影響 取一批銀絲，用4 mol/L HNO3溶液動態(tài)酸化后再用2 mol/L NaClO3鹵化后洗凈待用。吸附液的組成為pH≈3的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液1 mL、碘[131I]化鈉溶液15 μL、加入KI溶液的體積(ρ(KI)=0.2 g/L)分別為0、60、120、180、240、300 μL，載體碘量(即KI溶液中I的含量，m(I)=m(KI)×127/166)分別約為0、9.2、18.4、27.5、36.8、45.9 μg。將處理好的銀絲分為6組置于吸附液中吸附0.5 h，取出洗凈測量，結(jié)果示于圖4(a)。從圖4(a)可看出，載體碘量過多或過少都不利于銀絲的吸附，當載體碘量為27.5 μg時，銀絲的吸附量達到最高。這是因為當載體碘量為0時，吸附液中I-全部由131I提供，131I溶液中I-的濃度本身很低，且放射性極易吸附在玻璃的反應(yīng)容器壁上，導(dǎo)致吸附液中的I-濃度極低，很少量的131I-置換到銀絲上，所以銀絲上131I的活度極低；當載體碘量逐漸增多(0～27.5 μg)時，銀絲上131I的活度也隨著升高，這是因為I-濃度增加，促成了AgI的生成，銀絲的活度也就提高了；當載體碘量進一步增多(27.5～45.9 μg)時，銀絲上131I的活度又逐步下降，這是由于KI提供的I-濃度過高，I-遠遠多于131I-，I-在競爭置換中較之131I-處于較大的優(yōu)勢，所以銀絲的活度反而下降。

圖2 電鏡掃描照片(×2 000)Fig.2 SEM photos(×2 000)酸化方式(Acidification manner)，冷(Cold)HNO3；酸化狀態(tài)(Acidification state)，動態(tài)(Dynamic)；tacid=20 min；鹵化劑(Halogenation reagent)，2 mol/L NaClO3；thalo=3 h；tad=3 h；pH≈3；120 μL 0.2 g/L KI(a)——未處理銀絲(Silver wire without process),(b)——酸化后銀絲(Silver wire after acidification),(c)——鹵化后銀絲(Silver wire after halogenation)

圖3 吸附時間(a)和pH值(b)對吸附效果的影響Fig.3 Effect of adsorption time (a) and pH value (b) on adsorption酸化方式(Acidification manner)，冷(Cold)HNO3；酸化狀態(tài)(Acidification state)，動態(tài)(Dynamic)；tacid=20 min；鹵化劑(Halogenation reagent)，2 mol/L NaClO3；thalo=3 h；120 μL 0.2 g/L KI(a):pH≈3，(b):tad=30 min

圖4 載體碘量(a)和初始活度(b)對吸附效果的影響Fig.4 Effect of carrier iodide concentration (a) and initial activity (b) on adsorption酸化方式(Acidification manner)，冷(Cold)HNO3；酸化狀態(tài)(Acidification state)，動態(tài)(Dynamic)；tacid=20 min；鹵化劑(Halogenation reagent)，2 mol/L NaClO3；thalo=3 h；tad=30 min；pH≈3(b):180 μL 0.2 g/L KI

3.3.4吸附液初始活度對吸附效果的影響 取6組銀絲，用4 mol/L HNO3溶液動態(tài)酸化后再用2 mol/L NaClO3鹵化后洗凈待用。吸附液的組成為pH≈3的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液1 mL、KI溶液(ρ(KI)=0.2 g/L)180 μL、131I分別為5、10、20、30、40、50 μL。將處理好的銀絲分為6組置于吸附液中吸附0.5 h后，取出洗凈風干測量，結(jié)果示于圖4(b)。從圖4(b)可以看出，隨著吸附液中131I初始活度A0(131I)的增加，銀絲上131I的活度也隨著增加。這與理論分析一致。

4 結(jié) 論

經(jīng)過比較系統(tǒng)的研究，可以初步確定碘在銀絲上的吸附工藝為：

(1) 銀絲的酸化：將銀絲放入冷的4 mol/L HNO3溶液中，置于振蕩器上酸化20 min；

(2) 銀絲的鹵化：選擇2 mol/L NaClO3作為鹵化劑，鹵化時間3 h左右；

(3)131I在銀絲上的吸附工藝：室溫、pH≈3、吸附時間30 min、載體碘量為27.5 μg，根據(jù)對源芯活度的要求，選擇吸附液初始活度。

本工作僅單純用131I代替125I做示蹤研究，考慮到兩者比活度是數(shù)量級差異，本結(jié)論不能真正代表125I種子源制備時的實驗參數(shù)，但對其有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

[1] Battermann J J. I-125 Implantation for Localized Prostate Cancer: The Utrecht University Experience[J]. Radiother Oncol, 2000, 57: 269-272.

[2] Dicker A P, Lin C C, Leeper D B, et al. Isotopic Selection for Permanent Prostate Implants an Evaluation of103Pd Versus,125I Based on Radiobiological Effectiveness and Dosimetry[J]. Semin Urol Oncol，2000, 18: 152-159.

[3] Nath S, Chen Z, Yue N, et al. Dosimetric Effects of Needle Divergence in Prostate Seed Implant Using125I and103Pd Radioactive Seeds[J]. Med Phys, 2000, 27: 1 058-1 066.

[4] Zelefsky M J. Postimplantation Dosimetric Analysis of Permanent Transperineal Prostate Implantation: Improved Dose Distributions With an Intraoperative Computer-Optimized Cenformal Planning Technique[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2000, 48: 601-608.

[5] Wu A, Lee C C, Johnson M, et al. A New Power Law for Determination of Total125I Seed Activity for Ultrasound-Guided Protate Implants Clinical Evauations[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2000, 47: 1 397-1 403.

[6] Li Z. An Algorithm for Automatic, Computed-Tomography-Based Source Localization After Prostate Implant[J]. Med Phys, 2001, 28: 1 410-1 415.

[7] Xie D Y, Zhang Z C, Luo X Y. Permanent Interstitial Implantation of125I Seeds for 7 Cases of Malignant Tumors[J]. Acad J Sec Mil Med Univ, 2000, 21: 174-176.

[8] Martinez-Monge R, Nag S, Nieroda C A, et al. Iodine-125 Brachytherapy in the Treatment of Colorectal Adenocarcinoma Metastatic to the Liver[J]. Cancer, 1999, 85: 1 218-1 225.

[9] Zelefsky M J. Intraoperative Conformal Optimizaton for Transperineal Prostate Implantaton Using Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging[J]. Cancer J, 2000, 6: 249-255.

[10] Henkel T O, Kahmann F. Permanent Brachytherapy: Proatate Seed Implants as an Out-Patient Treatment[J]. Arch Ital Urol Androl, 2000, 72: 295-301.

[11] Nath R, Meigooni A S. A Comparison of Solid Phantoms With Water for Dosimetry of I-125 and Ir-192 Brachytherapy Sources[J]. Med Phys, 1990, 17: 1 032-1 040.

[12] Ling C C. Permanent Implants Using Au-198, Pd-103 and I-125: Radiobiological Considerations Based on the Linear Quadratic Model[J]. Int Radiat Oncol Biol Phys, 1992, 23: 81.

[13] Nath R, Meigooni A S, Muench P, et al. Anisotropy Functions for Pd-103, I-125, and Ir-192 Interstitial Brachytherapy Sources[J]. Med Phys, 1993, 20: 1 465-1 473.

[14] Williamson J F, Quitero F J. Theortical Evaluation of Dose Distribution About Models 6711 and 6702 I-125 Seeds[J]. Med Phys, 1988, 15: 891-897.

[15] 山常起.CIZE-6711型I-125顆粒種子密封源[J].現(xiàn)代臨床醫(yī)學生物工程學雜志，2001,6：438.

[16] 羅開元，李 波，楊 嶸，等.125I粒子組織間放射治療惡性腫瘤的臨床應(yīng)用[J]. 中華醫(yī)學雜志,2001,81：754-755.

[17] 張 冰，羅開元，張桂仙，等.125I籽永久性植入(組織間放療)治療癌癥：附19例報告[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學雜志,2000,10：68-69.