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氟-18
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氟-18（18F）是氟的放射性同位素，在自然界中相当罕见。它的原子质量为 18.0009380(6) u ，半衰期为 109.771(20) 分钟。它有97%的概率会以正电子发射进行衰变，也有3%的概率以电子捕获来完成。两种衰变方式都会产生氧-18。
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制备
氟-18常见的形式有氟气及水溶液两种，它们的制备工序及化学性质都不相同，两者间的化学性质差异可能会影响到后续的放射性药品合成[1]。氟气非常活跃，与许多基底物一接触就会爆炸。故合成时，必须在低温条件下，再以稀有气体稀释再开始反应。医学上通常在氖气中将其稀释至0.1% 浓度。尽管如此，反应仍会在一瞬间完成，并造出大量副产物，基底物亦会被氧化破坏。目前只有少数放射性药品仍会选用氟气合成，如18F-FDOPA[1]。
水溶液合成被发明后，已在大部分情景取代了氟气合成。这条路线以亲核反应为基础，较为温和，故可以与复杂精巧的药品合成而不会将其破坏。目前最重要的正电子药品氟代脱氧葡萄糖（FDG）正是以此方法合成，需时30分钟，产率有50%[1]。
现今在核医学中用到的氟-18都是人工制造的水溶液。方法是利用回旋加速器或直线加速器，将高能量（约18MeV）质子轰击纯水或浓缩的重氧水（又称18O水），可制出含有氟-18阴离子的水溶液。[2]溶液立即与其他药品（如甘露糖）进行化学反应，合成出所需的放射性药物。放射性药物不能通过将药品与[18O]结合来制造，因为轰击[18O]时所用到的高能量质子束会同时破坏掉药品的化学结构。因此，制造含有氟-18的放射性药物时，只能先生产氟-18，再合成含氟药物。
制备氟气的方法则有两种。第一，用高能量（40 MeV以上）的氘核轰击含有0.1-0.2%氟气杂质的高压（约25巴）氖气，可以制备出含氟-18的氟气。这是第一种被发明的氟-18制备方法，于1980年代面世[3]，于1990年已十分常用。该方法产率约有一至两成。由于氖有多种同位素，轰击产物有十多种，处理不便。[4]
另一种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。本方法适合只能操作质子的旧式回旋加速器。本方法可细分为两部分：首先，以镍为基底，用质子轰击加压的98% 氧-18气体，可产生黏着在镍上的氟-18，可在低温条件下收集。第二步则将1%的氟气及99%的氪气混合物短暂轰向镍，通过同位素交换将氟-18置换出来。本方法的产率约有50%。如改用氟气及氖气的混合物，则产率有25%。但因氟气过于活跃，经常与基底物发生反应，故需用同位素交换将氟-18置换出来，降低了反应产率。此外，若氧气标靶有一星期以前未经使用，产率将大幅下跌。[5][6]
化学性质
由于氟-18 的电负性及空间位阻与羟基相似，它可以替代母体分子中的羟基，合成为放射性追踪剂。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，由于氟-18的极性与羟基相反，这可能会影响到部分化学反应的进行[7]。
应用
氟-18是正电子发射计算机断层扫描（PET）自发展早期（1960年代）就开始使用的核素之一。[8]其主要优势是半衰期适中（约2小时），对人体长远影响较少，但仍有足够时间进行后续的药物合成步骤及运输到其他医院；以及所发射的正电子动能较低，故在体内的移动路径较短，造成的影像定位失真较轻微。此外，在化学层面上，碳-氟键相当稳定，氟-18很少从放射性药物中分解，故不会污染其他正常的器官。与其他卤素如碘相比，氟拥有较小的离子半径，让它可以模拟成人体已有的分子，参与生物反应。至今，氟-18依然是大多数正电子扫描所使用的核素[1]。
放射性示踪剂的机理可以分为以下数种：模拟成骨头所需的矿物质、模拟成热量的提供物、模拟成磷脂、蛋白质、DNA合成所需的原材料、参与配体反应、或是针对某种疾病而特制的分子影像试剂。氟-18于上述各类的示踪剂中均有应用。
氟化钠于1972年获美国食品药品监督管理局批准用于骨骼成像，是第一批获准使用的放射性示踪剂。骨头的主要成分羟磷灰石本身就含有少量氟离子，故氟-18可借此途径进入骨头。经静脉注射后，氟化钠迅速从血液中进入骨头，短时间内即可产生骨骼背景对比值很高的影像[9]。氟化钠造影可以判断成骨性及蚀骨性的肿瘤远端转移[1]，效果比传统的Tc99m-MDP要准确[10]。
氟代脱氧葡萄糖 (FDG)则模拟成葡萄糖，引诱细胞将其吸收。FDG的结构与葡萄糖极为相似，但其中 18F 取代了一个氢氧基。葡萄糖载体蛋白将FDG运输进入细胞后，由于FDG并非葡萄糖，无法被分解，故会在细胞内积存。利用此项特性，可以侦测出体内大量消耗葡萄糖的身体部分[11]。FDG被广泛用于侦测心脏肌肉活性、发炎部位、肿瘤等[1]。由于FDG的吸收量与肿瘤的增生速度有密切关系，它亦被用于肿瘤分级[12]。
在磷脂合成时需要大量胆碱，故将氟-18与胆碱合成，则可让氟-18参与磷脂合成。采用此方法的示踪剂包括18F-FMC[13]、18F-FECh[14]等。癌细胞的增生需要大量磷脂来制造细胞膜，所以本类药物能侦测出癌细胞活跃的部位。目前18F-FMC主要用于前列腺癌的监察[1]。
蛋白质合成则以氨基酸为材料，故18F-FET、18F-DOPA等示踪剂则是将氟-18标记到氨基酸上，让示踪剂参与蛋白质合成[15]。本方法常用于脑肿瘤、神经内分泌肿瘤的造影，以至侦测帕金森氏症相关的神经元退化[1]。
同样地，在DNA合成时，细胞外的核苷会经由补救途径进入细胞参与合成，故将氟-18标记到胸苷上，示踪剂就可进入细胞参与DNA合成。采用此方法的示踪剂包括18F-FLT[16]。由于癌细胞增生时会合成大量新的DNA，DNA合成速度，以至18F-FLT的细胞内浓度都可以用作反映癌细胞的增生速度。目前18F-FLT主要用于监察治疗癌症的成效[1]。
有部分示踪剂则利用荷尔蒙与受体结合的特性，将氟-18标记到荷尔蒙上。采用此方法的氟-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标记的摄护腺特异性膜抗原（18F-DCFBC）等等[17] [1]。
在分子影像试剂方面，示踪剂则针对某种疾病的特性，与其某部分的产物结合，从而侦测出该种疾病。例如Vizamyl能与阿兹海默症产生的类淀粉蛋白结合，有助诊断轻微的阿兹海默症[18]。氟咪唑则只会停留在缺乏氧气的细胞内，正常细胞则会将它重新氧化并排出细胞外。由于癌细胞经常缺氧，这项特性可用于侦测缺氧的癌细胞[19]。其他正在研究的分子影像试剂包括仿造胱天蛋白酶的18F-CP18、仿造整合素αVβ3的氟-18标记多肽等等[1]。
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参考资料
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