放射性核素的制备与生产

TRAINING放射性核素的制备与生产反应堆·加速器·发生器培训时间2026年8月放射性核素的基本定义放射性核素是指原子核处于不稳定状态、能自发发射出粒子或电磁辐射的核素与稳定核素区别核心区别在于原子核是否具有过剩能量天然放射性核素如铀-238、钍-232，半衰期可达数十亿年人工放射性核素通过核反应制备，占医用核素的绝大多数标记方式元素符号+质量数，如Tc-99m、I-131、F-18理解不稳定原子核的行为规律，是掌握核素制备技术的前提。主要衰变类型与辐射特性主要衰变类型与辐射特性放射性核素的衰变方式决定了其辐射类型与应用场景。不同衰变模式产生不同的粒子或光子，在核医学中具有迥异的用途。α衰变发射氦核，穿透力弱但电离能力强，用于靶向α治疗β⁻衰变中子转化为质子并发射电子，用于放射性治疗β⁺衰变质子转化为中子并发射正电子，是PET显像的基础电子俘获核捕获轨道电子，常用于SPECT显像核素γ跃迁同质异能素释放γ光子，Tc-99m即属此类核医学对核素的核心需求医用放射性核素的选择需综合考量物理特性、化学性质与生物学行为三大维度合适的半衰期诊断用核素以数小时至数天为宜，兼顾显像时间窗口与辐射剂量控制优良的辐射类型诊断优选纯γ发射体或正电子发射体，治疗优选β⁻或α发射体医用核素制备方式总览放射性核素的制备主要有三条技术路径，各有适用场景与优势核素。掌握三种方式的原理差异，是深入理解制备工艺的基础。医用核素制备方式对比制备方式原理典型核素产量特点反应堆生产中子诱发核反应或裂变Mo-99、I-131、Lu-177产量大，适合大规模供应加速器生产带电粒子轰击靶核F-18、Ga-68、In-111灵活多样，适合短半衰期核素核素发生器母体衰变生成子体Tc-99m、Ga-68、Rb-82可床旁淋洗，解决运输难题全球医用核素供应链格局全球医用核素供应高度依赖少数研究堆，供应链脆弱性突出海外：集中供应与老化风险Mo-99供应集中全球Mo-99供应集中于加拿大、比利时、荷兰、南非、俄罗斯等国的研究堆老化退役风险多数反应堆运行年限超过40年，面临退役与供应中断风险中国：自主化与本地化突破加速推进自主化近年来加速推进医用同位素自主化，多个研究堆已具备生产能力区域性加速器网络加速器制备的短半衰期核素依赖本地化供应，催生区域性回旋加速器网络反应堆生产的核心原理反应堆利用高中子通量引发核反应，是生产大批量医用核素的核心手段中子活化反应反应机理靶核俘获中子形成激发态复合核，通过发射γ光子退激，生成目标核素典型反应Lu-176(n,γ)Lu-177裂变产物提取反应机理U-235在中子轰击下发生裂变，从裂变产物中分离提取医用核素Mo-99来源Mo-99主要由此途径获得，裂变产额约6%中子通量直接影响反应速率，高通量堆可显著提升产量与比活度；靶件设计需考虑热工水力、辐照时间与辐照后处理流程反应堆生产典型核素与工艺反应堆核素生产概况5种核素种类诊断+治疗双重需求覆盖26.8h~8.02d半衰期跨度反应堆生产典型核素与工艺核素半衰期主要用途生产反应Mo-9966小时Tc-99m母体U-235裂变I-1318.02天甲状腺治疗Te-130(n,γ)Lu-1776.65天肿瘤靶向治疗Lu-176(n,γ)Ho-16626.8小时肝脏肿瘤治疗Ho-165(n,γ)Sm-15346.3小时骨转移疼痛治疗Sm-152(n,γ)半衰期从26.8小时到8.02天跨度显著加速器生产的核反应类型加速器生产的核素多为缺中子核素，主要发射正电子或通过电子俘获衰变质子诱发反应最常用典型反应：O-18(p,n)F-18、Zn-68(p,2n)Ga-67入射能量：10-30MeV氘核诱发反应典型反应：N-14(d,n)O-15超短半衰期核素，需加速器旁即时使用α粒子诱发反应典型反应：B-10(α,n)N-13靶核范围广，反应截面较小产物与靶核通常为不同元素，可通过化学分离获得高比活度无载体核素加速器生产核心医用核素加速器核素以短半衰期正电子发射体为主，需就近配置回旋加速器，实现即时生产即时使用核素半衰期应用领域靶核反应F-18109.8分钟PET肿瘤显像O-18(p,n)F-18Ga-6867.7分钟NET肿瘤显像Zn-68(p,n)Ga-68In-1112.80天SPECT显像Cd-111(p,n)In-111I-1244.18天PET诊疗一体Te-124(p,n)I-124Zr-8978.4小时免疫PETY-89(p,n)Zr-89加速器靶件与分离工艺加速器生产的成败不仅取决于核反应条件，更取决于靶件设计与辐照后分离工艺靶件与束流靶件设计液态靶、气体靶、固体靶各有所长，综合考量导热性与化学稳定性束流参数控制入射能量、束流强度与辐照时长决定产量，存在最佳能量窗口分离与整合化学分离离子交换、萃取色谱或蒸馏法分离目标核素，获得高比活度产品自动化整合合成模块将分离与标记步骤整合，减少人工辐射暴露核素发生器的基本原理发生器设计寿命通常为1-2周，取决于母体半衰期与色谱柱稳定性核素发生器利用长半衰期母体核素衰变产生短半衰期子体核素，通过化学分离实现子体的按需获取母体-子体平衡母体持续衰变→子体不断生成→达到长期平衡或瞬态平衡分离原理色谱柱选择性吸附母体，淋洗液洗脱子体，利用化学性质差异实现分离淋洗效率每次回收子体活度的70%-90%，淋洗后数小时可再次淋洗Mo-99/Tc-99m发生器详解Tc-99m

占据核医学显像

80%以上

的市场份额，其供给依赖

Mo-99/Tc-99m发生器——核素发生器技术的典范。母体Mo-99半衰期66小时吸附于酸性氧化铝色谱柱子体Tc-99m半衰期6.02小时以高锝酸根形式被生理盐水选择性洗脱质量控制要点核纯度≥99.9%Mo-99漏穿率低于规定限值淋洗曲线呈峰形中段活度最高注射前放射化学纯度检测确保Tc-99m为高锝酸盐形态其他重要核素发生器多种发生器扩展核医学诊疗能力除Mo-99/Tc-99m外，多种核素发生器已进入临床或研究阶段其他重要核素发生器参数对比发生器母体半衰期子体半衰期临床应用Ge-68/Ga-68271天67.7分钟PET显像，NET肿瘤Sr-82/Rb-8225.3天75秒心肌灌注PETW-188/Re-18869.4天16.9小时放射性治疗Ac-225/Bi-21310天45.6分钟α靶向治疗三大制备方式综合对比三种制备方式各有优劣，不存在绝对最优方案。实际生产中需根据目标核素特性、供应半径与临床需求综合选择三大制备方式综合对比对比维度反应堆生产加速器生产核素发生器产量规模大，可全球化供应小，适宜本地供应中，依赖母体供应核素类型中子过剩核素缺中子核素短半衰期子体核心设备研究堆，投资巨大回旋加速器，中等投资色谱柱，便携低成本化学分离需复杂热室处理需快速自动化合成在线淋洗，操作简便典型时效辐照数天至数周辐照数十分钟至数小时淋洗数分钟即可使用质量控制：核纯度与放化纯度核纯度与放射化学纯度是两项最核心的质控指标，任何批次放行前均须严格检测核纯度定义目标核素活度占总活度的百分比检测方法γ能谱分析杂质控制靶材同位素或副反应，需控制在

0.1%

以下放射化学纯度定义目标化学形态的活度占比检测方法薄层色谱或

高效液相色谱合格阈值须确保

≥95%，否则非特异性摄取、显像质量下降放射性药品需在有效期内完成全部质控检测方可放行质量控制：比活度与无菌检验比活度、无菌性、细菌内毒素等指标是放射性药品放行的硬性门槛，需遵循药典规定比活度单位质量核素的放射性活度，直接影响标记产率与受体靶向效率无载体核素比活度极高有载体核素标签须注明比活度数值三大药典检验标准无菌检验0.22μm

除菌过滤+培养基无菌检测细菌内毒素鲎试剂法检测，须符合药典规定限值pH值与渗透压确保与人体体液相容，避免注射部位不良反应所有指标需贯穿药典合规要求，确保患者安全常用医用核素应用速查6种关键核素覆盖PET显像、SPECT显像及靶向治疗三大临床场景PET显像SPECT显像靶向治疗常用医用核素应用速查核素制备方式半衰期核心临床应用F-18加速器109.8分钟FDGPET肿瘤显像Ga-68发生器/加速器67.7分钟DOTATATENET显像Tc-99m发生器6.02小时骨显像、心肌灌注、甲状腺I-131反应堆8.02天甲亢与甲状腺癌治疗Lu-177反应堆6.65天PSMA、DOTATATE靶向治疗Ra-223反应堆/天然11.43天骨转移α治疗制备技术发展趋势与展望放射性核素制备技术正朝着高效化、精准化与自主化方向快速发展诊疗一体化同一元素的不同同位素分别用于诊断和治疗，如Ga-68显像与Lu-177治疗配对，实现精准诊疗闭环新型加速器技术紧凑型回