维基百科

氟-18

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。

氟-18，18F
氟-18 衰变0至24小时后的含量
基本
符号18F
名称氟-18、F-18、氟-18
原子序9
中子数9
CAS号13981-56-1  checkY
核素数据
丰度放射性同位素
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
衰变模式
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，因此是正子断层造影中最常用的同位素[1]。

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]。

水溶液制备

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。

气体制备

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（英语：Technetium (99mTc) medronic acid）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（英语：Glucose transporter）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（英语：Flutemetamol (18F)）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（英语：18F-fluciclatide）等等[1]。

此外，亦有研究尝试将氟-18标记到抗体上，与癌症抗原（英语：Tumor antigen）结合来侦测癌细胞 [20]。

参考资料

  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
衰变链 		衰变产物为
氧-18
检索自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=氟-18&oldid=81240663”