Введение
Химическое соединение. Радиоактивный трассер, радиотрассер или радиоактивная метка – это синтетическое производное природного соединения, в котором один или несколько атомов заменены радионуклидом (радиоактивным атомом). Благодаря радиоактивному распаду, он может использоваться для изучения механизмов химических реакций, отслеживая путь, который радиоизотоп проходит от реагентов к продуктам. Таким образом, радиомаркировка или радиотрассировка является радиоактивной формой изотопной маркировки. В биологических исследованиях эксперименты с использованием радиоизотопных трассеров иногда называют экспериментами с использованием радиоизотопного питания. Радиоизотопы водорода, углерода, фосфора, серы и йода широко применяются для отслеживания путей биохимических реакций. Радиоактивный трассер также может использоваться для отслеживания распределения вещества в природных системах, таких как клетка или ткань, или в качестве индикатора потока для отслеживания движения жидкости. Радиоактивные трассеры также применяются для определения местоположения трещин, образующихся при гидравлическом разрыве пласта при добыче природного газа. Радиоактивные трассеры лежат в основе различных методов визуализации, таких как ПЭТ, ОФЭКТ и сцинтиграфия с технецием. Радиоуглеродный анализ использует природный изотоп углерода-14 в качестве изотопной метки.
A radioactive tracer, radiotracer, or radioactive label is a synthetic derivative of a natural compound in which one or more atoms have been replaced by a radionuclide (a radioactive atom). By virtue of its radioactive decay, it can be used to explore the mechanism of chemical reactions by tracing the path that the radioisotope follows from reactants to products. Radiolabeling or radiotracing is thus the radioactive form of isotopic labeling. In biological contexts, experiments that use radioisotope tracers are sometimes called radioisotope feeding experiments. Radioisotopes of hydrogen, carbon, phosphorus, sulfur, and iodine have been used extensively to trace the path of biochemical reactions. A radioactive tracer can also be used to track the distribution of a substance within a natural system such as a cell or tissue, or as a flow tracer to track fluid flow. Radioactive tracers are also used to determine the location of fractures created by hydraulic fracturing in natural gas production. Radioactive tracers form the basis of a variety of imaging systems, such as, PET scans, SPECT scans and technetium scans. Radiocarbon dating uses the naturally occurring carbon 14 isotope as an isotopic label.
Углерод
11C распадается посредством позитронного излучения с периодом полураспада около 20 минут. 11C – один из изотопов, часто используемых в позитронно-эмиссионной томографии. 14C распадается посредством бета-распада с периодом полураспада 5730 лет. Он непрерывно образуется в верхних слоях атмосферы Земли, поэтому содержится в окружающей среде в следовых количествах. Однако использование природного 14C для трассерных исследований непрактично. Вместо этого его получают путем облучения нейтронами изотопа 13C, который в природе содержится в углероде примерно в 1,1%. 14C широко использовался для отслеживания пути органических молекул в метаболических процессах.
Кислород
15O распадается посредством бета-плюс распада с периодом полураспада 122 секунды. Он используется в позитронно-эмиссионной томографии.
Фтор
18F распадается преимущественно путем β-эмиссии, с периодом полураспада 109,8 мин. Он получается при бомбардировке протонами 18O в циклотроне или линейном ускорителе частиц. Это важный изотоп в радиофармацевтической промышленности. Например, он используется для производства меченой фтордеоксиглюкозы (FDG) для применения в ПЭТ-сканировании. 123I также производится в Oak Ridge National Laboratories путем протонной бомбардировки 123Te. 123I распадается путем захвата электронов с периодом полураспада 13,22 часа. Излучаемый гамма-луч с энергией 159 кэВ используется в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT). Также излучается гамма-луч с энергией 127 кэВ. 125I часто используется в радиоиммуноанализах благодаря относительно длительному периоду полураспада (59 дней) и возможности его высокочувствительного обнаружения с помощью гамма-счетчиков. 129I присутствует в окружающей среде в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере. Он также образовывался в результате аварий на Чернобыльской АЭС и на Фукусиме. 129I распадается с периодом полураспада 15,7 миллиона лет, испуская бета- и гамма-излучение с низкой энергией. Он не используется в качестве трассера, однако его присутствие в живых организмах, включая человека, можно определить путем измерения гамма-излучения.
Другие изотопы
Многие другие изотопы использовались в специализированных радиофармакологических исследованиях. Наиболее широко используется 67Ga для галлиевых сканирований. 67Ga используется, поскольку, как и 99mTc, он является источником гамма-излучения, и к иону Ga3+ можно присоединять различные лиганды, образуя координационный комплекс, который может обладать селективным сродством к определенным участкам человеческого тела. Ниже представлен обширный список радиоактивных трассеров, используемых при гидравлическом разрыве пласта.
Приложения
В исследованиях метаболизма тритий и глюкоза, меченная 14C, обычно используются в глюкозных зажимах для измерения скорости поглощения глюкозы, синтеза жирных кислот и других метаболических процессов. Хотя радиоактивные трассеры иногда все еще применяются в исследованиях на людях, стабильные изотопные трассеры, такие как 13C, чаще используются в современных исследованиях на людях. Радиоактивные трассеры также используются для изучения метаболизма липопротеинов у людей и экспериментальных животных. В медицине трассеры применяются в ряде тестов, таких как 99mTc в авторадиографии и ядерной медицине, включая однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ), позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и сцинтиграфию. В мочевинном дыхательном тесте для выявления Helicobacter pylori обычно используется доза мочевины, меченной 14C, для обнаружения инфекции H. pylori. Если меченная мочевина метаболизировалась H. pylori в желудке, в выдыхаемом пациентом воздухе содержался бы меченный углекислый газ. В последние годы использование веществ, обогащенных нерадиоактивным изотопом 13C, стало предпочтительным методом, позволяющим избежать облучения пациентов. При гидроразрыве пласта радиоактивные изотопы-трассеры вводятся вместе с жидкостью для гидроразрыва, чтобы определить профиль закачки и местоположение созданных трещин. Согласно данным NRC, одними из наиболее часто используемых трассеров являются антимон-124, бром-82, йод-125, йод-131, иридий-192 и скандий-46.