Молибденовая «карусель»

ТПУ предлагает безотходный способ получения технеция-99м для ядерной медицины

НАУЧНЫЙ КОЛЛЕКТИВ ЛАБОРАТОРИИ № 31 ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ТПУ РАЗРАБОТАЛ БЕЗОТХОДНУЮ ТЕХНОЛОГИЮ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНЕЦИЯ-99М — САМОГО ВОСТРЕБОВАННОГО РАДИОАКТИВНОГО ИЗОТОПА В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ.

Полезная радиация

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), онкологические и сердечно-сосудистые заболевания являются основными причинами смертности во всем мире. Наиболее эффективный метод борьбы с ними сегодня — ядерная медицина, в основе технологий которой лежит использование радиоактивных изотопов для ранней диагностики и лечения онкозаболеваний и болезней сердца. Один из самых востребованных радиоактивных изотопов в диагностике — технеций-99м. На него приходится около 80 % радиодиагностических процедур по всему миру, а в России — более 90 %. Накопление этого изотопа в исследуемом органе пациента легко фиксируется радиометрической аппаратурой. Преимуществом технеция-99м, по сравнению с другими радиоизотопами, является его малый период полураспада (6 часов) и низкая энергия гамма-квантов (140 кэВ), достаточная для регистрации гамма-сканерами. Он оказывает сравнительно небольшое вредное воздействие на здоровые органы пациента, по сравнению, например, с жестким рентгеновским излучением при проведении флюорографии, и позволяет проводить обследование организма, не допуская его переоблучения.

Первый шаг к безотходному производству

Томский политех на протяжении трех десятков лет занимается разработкой и производством генераторов технеция, а также других радиофармпрепаратов и новых технологий для ядерной медицины.

— В природе технеция-99м не существует. Получить его можно только искусственным путем, отделив от другого радиоизотопа — молибдена-99 при его распаде, — рассказывает о новой технологии Евгений Нестеров, научный сотрудник Лаборатории № 31. — В свою очередь молибден-99 тоже можно получить только путем синтеза. Сегодня во всем мире его преимущественно получают из осколков деления урана-235. Уран облучают на реакторе, и уже из продуктов его деления выделяют этот элемент. Однако при распаде самого урана образуется большое количество высокорадиоактивных изотопов — это практически вся таблица Менделеева. Эти незваные «гости» производителем не используются. Следовательно, образуются радиоактивные отходы, которые накапливаются и требуют специальной переработки и утилизации. Сегодня их попросту захоранивают. Многие реакторы за рубежом были закрыты именно по причине накопления огромного количества радиоактивных отходов при производстве молибдена-99.

Для решения этой проблемы ученые ТПУ получают молибден-99 не из урана, а из молибдена-98. — Молибден-98 мы приобретаем в Красноярске на электрохимическом заводе, где обычный природный триоксид молибдена обогащают до 90 % и более. Дальше облучаем его в канале исследовательского ядерного реактора ТПУ, где он преобразуется в молибден-99, — говорит Евгений Нестеров.

Он отмечает, что этот метод используется в ТПУ уже давно. Можно сказать, что это был первый шаг политехников к безотходному производству генераторов технеция. Следующей задачей ученых стала разработка безотходной технологии с возвратом дорогостоящего сырья в производственный цикл и усовершенствование конструкции самого генератора.

Работа по созданию такой технологии осуществлялась три года в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы». И в 2017 году научный коллектив Лаборатории № 31 ФТИ успешно выполнил поставленную задачу.

Молибденовая «карусель»

Технеций-99м получают с помощью специальных установок — сорбционных генераторов. Такой генератор представляет собой стеклянную хроматографическую колонку, заполненную оксидом алюминия с адсорбированным молибденом-99, с подсоединенными к ней коммуникациями. Вся эта конструкция размещена в свинцовой оболочке толщиной 5 см для защиты человека от ионизирующего излучения. При пропускании физиологического раствора через колонку накопленный технеций-99м смывается, а молибден-99 остается на колонке и продолжает генерировать. Смыв накопленного технеция-99м называется элюированием, а полученный радиоактивный раствор (элюат) врачи используют для диагностики.

— Такие генераторы отправляют в медучреждения, врачи используют их ежедневно в течение двух недель, а затем возвращают производителю. Дальше отработанный генератор идет на переработку, — объясняет Евгений Нестеров.

— В результате такого производства образуется радиоактивный отход — генераторная колонка с молибденом-98, который не преобразовался в молибден-99. Причем в колонке остается практически весь молибден — порядка 150 миллиграмм (а один миллиграмм молибдена-98 стоит около 2 долларов). Наша технология позволяет возвращать молибден-98 из отработанных генераторов и жидких радиоактивных отходов при производстве, а его качество по химическим примесям даже превосходит первоначальный продукт. Получается своеобразная «карусель»: раз купив молибден-98, производитель использует его до последнего миллиграмма с эффективностью более 95 %. Так возникает цикличное безотходное производство, позволяющее существенно экономить на ресурсах. Отмечу, сейчас такую технологию в России используем только мы.

«Бонус» для врача

Усовершенствовали политехники и сам сорбционный генератор технеция-99м. Существует достаточно много подобных установок, которые отличаются друг от друга только конструкционными особенностями. Генератор политехников имеет одно существенное отличие, которое упрощает его в использовании медиками.

— Генератор необходимо хранить в «сухом» состоянии, то есть продувать. Иначе при элюировании технеций-99м не будет из него вымываться, — объясняет Евгений Нестеров. — Сейчас это достигается только на двухигольчатом генераторе. Он имеет по игле сверху и снизу колонки. На одну иглу накалывают флакон с физраствором, а на другую — вакуумированный. Физраствор проходит через колонку генератора, захватывает там технеций и с помощью вакуума переходит в вакуумированный флакон. Все эти манипуляции производятся врачом вручную, а дозы препарата определяются на глаз. Мы же разработали регулируемое продувочное устройство, которое работает в полуавтоматическом режиме. Врач накалывает на выходную иглу только один флакон, а по окончании элюирования и продувки снимает его с уже заданным объемом радиоактивного препарата, — резюмирует ученый ТПУ.

Сейчас новые технологии политехников проходят процедуру сертификации, а также регистрации в Росздравнадзоре. После того как все необходимые документы будут оформлены, их можно будет использовать при создании новых производств и для внедрения на уже существующие предприятия в России и за рубежом, в первую очередь у нас в университете.

Виталина Михетко