现代医学成像的主力元素锝
来源: 科技日报 发布时间:2022-04-24
□ 宋 丹
锝,元素周期表第43号元素。
在元素周期表中最晚被发现的元素就是锝。早在门捷列夫建立元素周期表的时候,就曾经预言过锝的存在,并将其命名为类锰,其间有多篇报道宣称发现了这种元素,但后来都被证实它们并不是。
直到1937年美国著名物理学家欧内斯特·劳伦斯使用回旋加速器,加速含有一个质子的氘原子核,去“轰击”42号元素钼,后将一些已被氘束辐照了几个月的钼片送给了意大利化学家佩里埃和塔米利奥·吉诺·塞格雷鉴定其中的成分,随后终于从多项化学分析中找到了这种新元素。经测定,锝半衰期达260万年,因此经常被用来作制备β射线的标准源。
地球上真的不存在锝元素吗?一种普遍的观点是,地球形成时是有锝元素的,但是因为锝元素的半衰期虽然很长,但是相对地球的寿命而言还是显得很短,或许地球上早期的锝元素已经都衰变成其他元素了,所以找不到锝的踪影。
1956年,日本放射化学家黑田和夫预测,也许地球深处曾经有过自然核反应器的存在。5年后,他报道了非洲一种沥青铀矿样品,其中每千克该矿石中检测出含有锝元素2×10-10克。1962年,该报道经一支法国科学家团队在非洲加蓬共和国证实,确实在这种矿石中找到了微量的锝,因此反驳了之前教科书所说“地球上没有天然锝”的论述。在一些所谓的红巨星内,人们也检测到了锝的存在,由于锝的半衰期与红巨星寿命相比要短,因此人们认为该元素有可能是在星球内部经过核变形成的。由于太阳里没有检测到锝元素,于是科学家们认为,或许地球上的锝元素真的只是一个天外来客。不管怎么说,锝的来历只有等科学家们进一步研究和证实了。
锝—99m是人们找到的一种半衰期极短的不稳定同位素,其半衰期仅有6.02小时,在衰变的时候会发射出单一低能的γ射线。于是,人们将含有锝—99m的放射性药物注射到人体,将这些锝—99m附着在药物分子上,作用于目标器官。当锝在器官内发生衰变时会发射出一定能量γ射线。人们在人体外通过单光子发射计算机断层扫描技术接收这些同位素发出的射线,经计算机处理成像后,医生们就可以利用这些影像来了解血液流入心脏肌肉中的过程、发现癌症是否已经扩散到骨骼、评估大脑中的血流量等,从而为医学研究和临床诊断提供可靠信息。
如今,锝—99m已经成为了现代医学成像的主力,是临床核医学诊断中应用最广泛的元素。但锝—99m只能通过核反应堆处理高浓缩铀生成钼—99,随后送往各医疗机构,经衰变后得到锝—99m用于造影检查。锝—99m的供应链非常脆弱,一旦停供直接影响到各种造影扫描,对医院而言不亚于停电带来的影响。因此,科学家们正在不断寻找更有效的生产方式和锝—99m的替代物。
(作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员)
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