维基百科

氟-18

氟-18（18F）是氟的放射性同位素，在自然界中相當罕見。它的原子质量为 18.0009380(6) u ，半衰期為 109.771(20) 分钟。它有97%的概率会以正电子发射進行衰變，也有3%的概率以电子捕获來完成。两种衰变方式都会产生氧-18。

氟-18，18F
氟-18 衰变0至24小时后的含量
基本
符號18F
名稱氟-18、F-18、氟-18
原子序9
中子數9
CAS号13981-56-1  checkY
核素数据
豐度放射性同位素
半衰期109.771(20) min
衰变产物18O
原子量18.0009380(6) u
自旋1+
过剩能量873.431± 0.593 keV
结合能137369.199± 0.593 keV
衰變模式
衰变类型衰变能量（MeV）
正电子发射 (97%)0.6335
电子捕获 (3%)1.6555
氟的同位素
完整核素表

氟-18是正电子的良好来源，因此是正子斷層造影中最常用的同位素[1]。

制备 编辑

氟-18常見的形式有氟氣及水溶液兩種，它們的製備工序及化學性質都不相同，兩者間的化學性質差異可能會影響到後續的放射性藥品合成[1]。氟氣非常活躍，與許多基底物一接觸就會爆炸。故合成時，必須在低溫條件下，再以稀有气体稀釋再開始反應。醫學上通常在氖气中將其稀釋至0.1% 濃度。儘管如此，反應仍會在一瞬間完成，並造出大量副產物，基底物亦會被氧化破壞。目前只有少數放射性藥品仍會選用氟氣合成，如18F-FDOPA[1]。

水溶液合成被發明後，已在大部分情景取代了氟氣合成。這條路線以親核反應為基礎，較為溫和，故可以與複雜精巧的藥品合成而不會將其破壞。目前最重要的正電子藥品氟代脱氧葡萄糖（FDG）正是以此方法合成，需時30分鐘，產率有50%[1]。

水溶液製備 编辑

現今在核医学中用到的氟-18都是人工製造的水溶液。方法是利用迴旋加速器或直線加速器，將高能量（約18MeV）質子轰击纯水或浓缩的重氧水（又稱18O水），可製出含有氟-18陰離子的水溶液。[2]溶液立即與其他藥品（如甘露糖）進行化學反應，合成出所需的放射性药物。放射性药物不能通過將藥品與[18O]結合來製造，因為轟擊[18O]時所用到的高能量質子束會同時破壞掉藥品的化學結構。因此，製造含有氟-18的放射性药物時，只能先生产氟-18，再合成含氟药物。

氣體製備 编辑

製備氟氣的方法則有兩種。第一，用高能量（40 MeV以上）的氘核轰击含有0.1-0.2%氟氣雜質的高壓（約25巴）氖气，可以制备出含氟-18的氟气。這是第一種被發明的氟-18製備方法，於1980年代面世[3]，於1990年已十分常用。该方法产率約有一至兩成。由於氖有多種同位素，轰击產物有十多種，處理不便。[4]

另一種合成方法是以含有氧-18的氧气为目标，在氪气中用11 MeV质子轰击，也可以得到含氟-18的氟气。本方法適合只能操作質子的舊式迴旋加速器。本方法可細分為兩部分：首先，以镍為基底，用質子轰击加壓的98% 氧-18氣體，可產生黏著在镍上的氟-18，可在低溫條件下收集。第二步則將1%的氟氣及99%的氪气混合物短暫轰向镍，通過同位素交換將氟-18置換出來。本方法的產率約有50%。如改用氟氣及氖气的混合物，則產率有25%。但因氟氣過於活躍，經常與基底物發生反應，故需用同位素交換將氟-18置換出來，降低了反應產率。此外，若氧气標靶有一星期以前未經使用，產率將大幅下跌。[5][6]

化学性质 编辑

由於氟-18 的電負性及空间位阻與羟基相似，它可以替代母体分子中的羟基，合成為放射性追踪剂。例子包括氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）。它可以替代羟基的原因是它们的物理性质类似。然而，由於氟-18的极性與羟基相反，這可能會影響到部分化學反應的進行[7]。

应用 编辑

氟-18是正电子发射计算机断层扫描（PET）自發展早期（1960年代）就開始使用的核素之一。[8]其主要優勢是半衰期適中（約2小時），對人體長遠影響較少，但仍有足夠時間進行後續的藥物合成步驟及運輸到其他醫院；以及所發射的正电子動能較低，故在體內的移動路徑較短，造成的影像定位失真較輕微。此外，在化學層面上，碳-氟鍵相當穩定，氟-18很少從放射性药物中分解，故不會污染其他正常的器官。與其他卤素如碘相比，氟擁有較小的离子半径，讓它可以模擬成人體已有的分子，參與生物反應。至今，氟-18依然是大多數正电子扫描所使用的核素[1]。

放射性示踪剂的機理可以分為以下數種：模擬成骨頭所需的礦物質、模擬成熱量的提供物、模擬成磷脂、蛋白質、DNA合成所需的原材料、參與配體反應、或是針對某種疾病而特製的分子影像試劑。氟-18於上述各類的示踪剂中均有應用。

氟化钠於1972年獲美国食品药品监督管理局批准用於骨骼成像，是第一批獲准使用的放射性示踪剂。骨頭的主要成分羥磷灰石本身就含有少量氟離子，故氟-18可借此途徑進入骨頭。經靜脈注射後，氟化钠迅速從血液中進入骨頭，短時間內即可產生骨骼背景對比值很高的影像[9]。氟化钠造影可以判斷成骨性及蝕骨性的腫瘤遠端轉移[1]，效果比傳統的Tc99m-MDP（英语：Technetium (99mTc) medronic acid）要準確[10]。

氟代脱氧葡萄糖 (FDG)則模擬成葡萄糖，引誘細胞將其吸收。FDG的結構與葡萄糖極為相似，但其中 18F 取代了一个氢氧基。葡萄糖載體蛋白（英语：Glucose transporter）將FDG運輸進入細胞後，由於FDG並非葡萄糖，無法被分解，故會在細胞內積存。利用此項特性，可以偵測出體內大量消耗葡萄糖的身體部分[11]。FDG被廣泛用於偵測心臟肌肉活性、發炎部位、腫瘤等[1]。由於FDG的吸收量與腫瘤的增生速度有密切關係，它亦被用於腫瘤分級[12]。

在磷脂合成時需要大量胆碱，故將氟-18與胆碱合成，則可讓氟-18參與磷脂合成。採用此方法的示踪剂包括18F-FMC[13]、18F-FECh[14]等。癌細胞的增生需要大量磷脂來製造細胞膜，所以本類藥物能偵測出癌細胞活躍的部位。目前18F-FMC主要用於前列腺癌的監察[1]。

蛋白質合成則以氨基酸為材料，故18F-FET、18F-DOPA等示踪剂則是將氟-18標記到氨基酸上，讓示踪剂參與蛋白質合成[15]。本方法常用於脑肿瘤、神經內分泌腫瘤的造影，以至偵測帕金森氏症相關的神經元退化[1]。

同樣地，在DNA合成時，細胞外的核苷會經由补救途径進入細胞參與合成，故將氟-18標記到胸苷上，示踪剂就可進入細胞參與DNA合成。採用此方法的示踪剂包括18F-FLT[16]。由於癌細胞增生時會合成大量新的DNA，DNA合成速度，以至18F-FLT的細胞內濃度都可以用作反映癌細胞的增生速度。目前18F-FLT主要用於監察治療癌症的成效[1]。

有部分示踪剂則利用荷爾蒙與受体結合的特性，將氟-18標記到荷爾蒙上。採用此方法的氟-18示踪剂包括：仿造雌激素的18F-FES、仿造雄激素的18F-FDHT、含氟-18標記的攝護腺特異性膜抗原（18F-DCFBC）等等[17] [1]。

在分子影像試劑方面，示踪剂則針對某種疾病的特性，與其某部分的產物結合，從而偵測出該種疾病。例如Vizamyl（英语：Flutemetamol (18F)）能與阿茲海默症產生的類澱粉蛋白結合，有助診斷輕微的阿茲海默症[18]。氟咪唑則只會停留在缺乏氧氣的細胞內，正常細胞則會將它重新氧化並排出細胞外。由於癌細胞經常缺氧，這項特性可用於偵測缺氧的癌細胞[19]。其他正在研究的分子影像試劑包括仿造胱天蛋白酶的18F-CP18、仿造整合素αVβ3的氟-18标记多肽（英语：18F-fluciclatide）等等[1]。

此外，亦有研究嘗試將氟-18標記到抗体上，與癌症抗原（英语：Tumor antigen）結合來偵測癌細胞 [20]。

参考资料 编辑

  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 Volterrani, Duccio; Erba, Paola Anna; Carrió, Ignasi; William Strauss, H.; Mariani, Giuliano. Nuclear Medicine Textbook: Methodology and Clinical Applications. 10 August 2019. ISBN 978-3-319-95564-3. 
  2. ^ Fowler J. S. and Wolf A. P. (1982) The synthesis of carbon-11, fluorine-18 and nitrogen-13 labeled radiotracers for biomedical applications. Nucl. Sci. Ser. Natl Acad. Sci. Natl Res. Council Monogr. 1982.
  3. ^ Casella, V., Ido, T., Wolf, A. P., Fowler, J. S., MacGegor, R. R., & Ruth, T. J. Anhydrous F-18 labeled elemental fluorine for radiopharmaceutical preparation (PDF). Journal of Nuclear Medicine. 1980, (21): 750–757 [2020-10-08]. 
  4. ^ Lagunas-Solar, Manuel C.; Carvacho, Omar F. Cyclotron production of PET radionuclides: No-carrier-added fluorine-18 with high-energy protons on natural neon gas targets. Applied Radiation and Isotopes. 1995, 46 (9): 833–838. doi:10.1016/0969-8043(95)00148-7. 
  5. ^ Chirakal, R.; Adams, R.M.; Firnau, G.; Schrobilgen, G.J.; Coates, G.; Garnett, E.S. Electrophilic 18F from a siemens 11 MeV proton-only cyclotron. Nuclear Medicine and Biology. 1995, 22 (1): 111–116. PMID 7735160. doi:10.1016/0969-8051(94)E0064-P. 
  6. ^ Guillaume, Marcel; Luxen, Andre; Nebeling, Bruno; Argentini, Mario; Clark, John C.; Pike, Victor W. Recommendations for fluorine-18 production. International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part A. Applied Radiation and Isotopes. 1991, 42 (8): 749–762. doi:10.1016/0883-2889(91)90179-5. 
  7. ^ Mettler, Fred A.; Guiberteau, Milton J. Essentials of Nuclear Medicine and Molecular Imaging E-Book. 17 August 2018. ISBN 9780323567893. 
  8. ^ Blau, Monte; Ganatra, Ramanik; Bender, Merrill A. 18F-fluoride for bone imaging. Seminars in Nuclear Medicine. January 1972, 2 (1): 31–37. doi:10.1016/S0001-2998(72)80005-9. 
  9. ^ Ordonez, A. A.; DeMarco, V. P.; Klunk, M. H.; Pokkali, S.; Jain, S.K. Imaging Chronic Tuberculous Lesions Using Sodium [18F]Fluoride Positron Emission Tomography in Mice.. Molecular Imaging and Biology. October 2015, 17 (5): 609–614. PMC 4561601  . PMID 25750032. doi:10.1007/s11307-015-0836-6. 
  10. ^ Yen, Ruoh-Fang; Chen, Chih-Yu; Cheng, Mei-Fang; Wu, Yen-Wen; Shiau, Yu-Chien; Wu, Karl; Hong, Ruey-Long; Yu, Chong-Jen; Wang, Kao-Lun; Yang, Rong-Sen. The diagnostic and prognostic effectiveness of F-18 sodium fluoride PET-CT in detecting bone metastases for hepatocellular carcinoma patients. Nuclear Medicine Communications. 2010, 31 (7): 637–645. PMID 20389259. doi:10.1097/MNM.0b013e3283399120. 
  11. ^ Som, P.; Atkins, H. L.; Bandoypadhyay, D.; Fowler, J. S.; MacGregor, R. R.; Matsui, K.; Oster, Z. H.; Sacker, D. F.; Shiue, C. Y.; Turner, H.; Wan, C. N.; Wolf, A. P.; Zabinski, S. V. A fluorinated glucose analog, 2-fluoro-2-deoxy-D-glucose (F-18): Nontoxic tracer for rapid tumor detection. Journal of Nuclear Medicine : Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 1980, 21 (7): 670–5. PMID 7391842. 
  12. ^ Kubota, Kazuo. From tumor biology to clinical PET: A review of positron emission tomography (PET) in oncology. Annals of Nuclear Medicine. 2001, 15 (6): 471–486. PMID 11831394. doi:10.1007/BF02988499. 
  13. ^ Grech-Sollars, Matthew; Ordidge, Katherine L.; Vaqas, Babar; Davies, Claire; Vaja, Vijay; Honeyfield, Lesley; Camp, Sophie; Towey, David; Mayers, Helen; Peterson, David; o'Neill, Kevin; Roncaroli, Federico; Barwick, Tara D.; Waldman, Adam D. Imaging and Tissue Biomarkers of Choline Metabolism in Diffuse Adult Glioma: 18F-Fluoromethylcholine PET/CT, Magnetic Resonance Spectroscopy, and Choline Kinase α. Cancers. 2019, 11 (12): 1969. PMC 6966628  . PMID 31817833. doi:10.3390/cancers11121969. 
  14. ^ Hara, T.; Kosaka, N.; Kishi, H. Development of (18)F-fluoroethylcholine for cancer imaging with PET: Synthesis, biochemistry, and prostate cancer imaging. Journal of Nuclear Medicine : Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 2002, 43 (2): 187–99. PMID 11850483. 
  15. ^ Lapa, C.; Linsenmann, T.; Monoranu, C. M.; Samnick, S.; Buck, A. K.; Bluemel, C.; Czernin, J.; Kessler, A. F.; Homola, G. A.; Ernestus, R.-I.; Lohr, M.; Herrmann, K. Comparison of the Amino Acid Tracers 18F-FET and 18F-DOPA in High-Grade Glioma Patients. Journal of Nuclear Medicine. 2014, 55 (10): 1611–1616. PMID 25125481. doi:10.2967/jnumed.114.140608. 
  16. ^ Shields, A. F. PET imaging with 18F-FLT and thymidine analogs: Promise and pitfalls. Journal of Nuclear Medicine : Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 2003, 44 (9): 1432–4. PMID 12960188. 
  17. ^ Guo, Hua; Harikrishna, Kommidi; Vedvyas, Yogindra; McCloskey, Jaclyn E; Zhang, Weiqi; Chen, Nandi; Nurili, Fuad; Wu, Amy P; Sayman, Haluk B. A fluorescent, [ 18 F]-positron-emitting agent for imaging PMSA allows genetic reporting in adoptively-transferred, genetically-modified cells. ACS Chemical Biology. 2019-05-23, 14: 1449–1459. ISSN 1554-8929. PMC 6775626  . PMID 31120734. doi:10.1021/acschembio.9b00160 （英语）. 
  18. ^ Vandenberghe, Rik; Van Laere, Koen; Ivanoiu, Adrian; Salmon, Eric; Bastin, Christine; Triau, Eric; Hasselbalch, Steen; Law, Ian; Andersen, Allan; Korner, Alex; Minthon, Lennart; Garraux, Gaëtan; Nelissen, Natalie; Bormans, Guy; Buckley, Chris; Owenius, Rikard; Thurfjell, Lennart; Farrar, Gill; Brooks, David J. 18F-flutemetamol amyloid imaging in Alzheimer disease and mild cognitive impairment: A phase 2 trial. Annals of Neurology. 2010, 68 (3): 319–329. PMID 20687209. doi:10.1002/ana.22068. 
  19. ^ Hendrickson, Kristi; Phillips, Mark; Smith, Wade; Peterson, Lanell; Krohn, Kenneth; Rajendran, Joseph. Hypoxia imaging with [F-18] FMISO-PET in head and neck cancer: Potential for guiding intensity modulated radiation therapy in overcoming hypoxia-induced treatment resistance. Radiotherapy and Oncology. 2011, 101 (3): 369–375. PMC 3225491  . PMID 21872957. doi:10.1016/j.radonc.2011.07.029. 
  20. ^ Rodriguez, Erik A.; Wang, Ye; Crisp, Jessica L.; Vera, David R.; Tsien, Roger Y.; Ting, Richard. New Dioxaborolane Chemistry Enables [18F]-Positron-Emitting, Fluorescent [18F]-Multimodality Biomolecule Generation from the Solid Phase. Bioconjugate Chemistry. 2016-04-27, 27 (5): 1390–1399. PMC 4916912  . PMID 27064381. doi:10.1021/acs.bioconjchem.6b00164 （英语）. 


相邻较轻同位素:
氟-17 		氟-18是
氟的同位素 		相邻较重同位素:
氟-19
母同位素：
氖-18 		氟-18的
衰變鏈 		衰變產物為
氧-18
取自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=氟-18&oldid=81240663”