沈亦佳，傅紅宇，羅文博，鄧雪松，劉玉平，李光，許洪衛(wèi)，王剛

（1.原子高科股份有限公司，北京102413；2.中國(guó)原子能科學(xué)研究院 同位素研究所，北京102413）

近年來，隨著18F-FDG生產(chǎn)技術(shù)及PET顯像技術(shù)的推廣應(yīng)用，開展了大量核素和藥物的研究，例如：11C，13N，15O，124I，86Y，68Ga等。其中，早在20世紀(jì)70年代，已經(jīng)開始研究68Ge-68Ga發(fā)生器和68Ga的放射性藥物［1－6］。68Ge的半衰期為270 d，電子捕獲衰變后產(chǎn)生正電子核素68Ga（68.3 m，88%β＋）。

由于68Ge的半衰期較長(zhǎng)，68Ga的半衰期較短，使用68Ge-68Ga發(fā)生器可以方便68Ga藥物的制備和應(yīng)用。研究證實(shí)［7］，68Ge－68Ga發(fā)生器具有較好的應(yīng)用潛力：（1）68Ge的半衰期為270 d，制成發(fā)生器可以使用一年或更長(zhǎng)時(shí)間。（2）68Ga的半衰期為68 min，可以和多肽以及其他小分子藥物的藥代動(dòng)力學(xué)相匹配。（3）對(duì)于沒有加速器的醫(yī)學(xué)中心來講，68Ge-68Ga發(fā)生器的費(fèi)用較少。（4）除了應(yīng)用DOTA作為配體進(jìn)行藥物標(biāo)記，已經(jīng)有其他的DOTA衍生物類配體被開發(fā)出來，并被用于藥物標(biāo)記研究。另外，68Ge已經(jīng)成為PET校正用源的重要核素。目前，國(guó)際上生產(chǎn)68Ge的靶件主要有兩種，純鎵鈮窗靶件［8－10］和熔融法制備 Ga4Ni靶件。純鎵鈮窗靶件，類似于液體靶系統(tǒng)，需要單獨(dú)束流系統(tǒng)。熔融法制備靶件，需要高溫?zé)o氧條件?；诂F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，以上兩種方法都不便采取。電鍍鎳是一項(xiàng)成熟的工藝，在酸性溶液中，鎵與砷的電極電位比較接近［11］，所以參照金屬鎳靶的電沉積條件、電極電位［12］和鎵砷合金的電沉積條件，本研究選擇在鹽酸溶液中，通過改變?nèi)芤褐械逆嚭玩壍谋壤M(jìn)行了電沉積。鎵和鋅的電極電位基本相同，參照堿性溶液中電鍍鋅鎳合金的條件進(jìn)行絡(luò)合物電鍍［13］。并進(jìn)行了系列優(yōu)化條件實(shí)驗(yàn)。分別測(cè)定陰極電流密度、溫度、鍍液酸度、金屬離子總濃度、金屬離子濃度比、攪拌速度對(duì)于鍍層鎵含量，以及電流效率的影響。確定最佳的鍍液配方以及電鍍條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要設(shè)備和試劑

DH1718E-4雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源：北京大華無線電儀器廠產(chǎn)品；C64型指針精密電流表：哈爾濱電表儀器廠產(chǎn)品；DF-1集熱磁力攪拌器：浙江金壇榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；AR2130電子精密天平：奧豪斯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司產(chǎn)品；聚四氟乙烯電沉積槽、電動(dòng)攪拌器：自制，電沉積槽陰陽(yáng)極間距3.0 c m，陽(yáng)極為片狀鉑，沉積槽容積為130 mL；Ni Cl2·6 H2O、HCl（分析純）、Ga Cl3（4 mol／L）：北京化學(xué)試劑公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

電沉積步驟如下：

（1）清洗電鍍用銅片，首先使用金相砂紙打磨銅片表面，然后分別用酒精、去污粉、洗滌劑清潔銅片，最后用水沖洗干凈、擦干、稱重。

（2）將銅片裝配于豎式電鍍槽中，裝滿水后檢測(cè)是否滲漏。

（3）在裝配好的電鍍槽中裝入配好的鍍液，鍍槽外層套上橡膠手套以絕緣，接好電源，進(jìn)行電鍍，同時(shí)計(jì)時(shí)、記錄電壓。

（4）電鍍結(jié)束后，倒出鍍液，拆下鍍片，水沖洗、擦干、稱重、拍照。

（5）電鍍完成后，通過觀察鍍層表面（數(shù)碼照片），稱量鍍層質(zhì)量，電鏡以及能譜分析測(cè)定鍍層中鎵、鎳含量（電鏡掃描，掃描圖片，放大倍數(shù)，掃描深度，鍍層鎵鎳含量），并計(jì)算電流效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)電沉積的影響

電沉積條件：電流密度20 mA／c m2，電沉積液組分為Ga離子濃度1.0 mol／L、Ni離子濃度0.25 mol／L、HCl離子濃度0.1 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min?？疾鞙囟确謩e為20、40、60、70、80、90 ℃時(shí)對(duì)電沉積的影響，結(jié)果示于圖1。

由圖1可見，當(dāng)電沉積溫度小于60℃時(shí)，沉積層均為黑色，表面平整光滑，當(dāng)溫度升高到80℃時(shí)，沉積層轉(zhuǎn)變?yōu)殂y灰色，且出現(xiàn)金屬光澤。隨著溫度的提高，電流效率得到明顯改善。20℃到90℃，電流效率由16%提高到62% 。而隨著溫度的升高，沉積層中金屬鎵的含量有少量提高。當(dāng)溫度升高到80℃時(shí)，沉積層出現(xiàn)金屬光澤。由于鍍槽等部件耐高溫程度有限，溫度確定為80℃。

2.2 電流密度對(duì)電沉積的影響

圖1 溫度對(duì)電流效率和沉積層中68 Ga含量的影響Fig.1Effect of temperature on perfor mance of target

電沉積條件：溫度80℃，電沉積液組分為Ga離子濃度1.0 mol／L、Ni離子濃度0.25 mol／L、HCl離子濃度0.1 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min?？疾祀娏髅芏确謩e為10、15、20、22.6、25、30、35、40、45、50、60、70 mA／c m2時(shí)對(duì)電沉積的影響，結(jié)果示于圖2。

圖2 電流密度對(duì)電流效率和沉積層中68 Ga含量的影響Fig.2Effect of current density on perf or mance of target

沉積層均為灰色或銀灰色，在電流密度40 mA／c m2以下時(shí)表面平整光滑，且有金屬光澤，當(dāng)電流密度超過40 mA／c m2后，沉積層開始變得粗糙，隨著電流密度升高，表面越粗糙。

由圖2可見，隨著電流密度升高，電流效率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)電流密度大于20 mA／c m2時(shí)，電流效率開始穩(wěn)定。電流密度在10～40 mA／c m2時(shí)，鎵含量約75%。當(dāng)電流密度大于40 mA／c m2時(shí)，沉積層開始變得粗糙，隨著電流密度提高，沉積層表面粗糙度明顯上升。當(dāng)電流密度上升時(shí)，鎵含量開始上升，由于極化電位的提高，陰極析氫增加，大量氣泡生成，造成沉積層表面粗糙，顆粒度增大。電流密度確定為20 mA／c m2。

2.3 酸度對(duì)電沉積的影響

電沉積條件：電流密度20 mA／c m2，溫度80℃，電沉積液組分為Ga離子濃度1.0 mol／L、Ni離子濃度0.25 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min。考察鹽酸濃度分別為0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14 mol／L 時(shí) 對(duì) 電沉積的影響，結(jié)果示于圖3。

圖3 酸度對(duì)電流效率以及沉積層中68 Ga含量的影響Fig.3Effect of HCl concentration on perfor mance of Target

以鹽酸濃度0.12 mol／L時(shí)為分界，高于此濃度時(shí)，沉積層基本呈黑色，并且不牢固，水沖洗會(huì)脫落。鹽酸濃度≤0.12 mol／L時(shí)，沉積層為銀灰色，表面平整光滑。

由圖3可見，隨著鹽酸濃度上升，電流效率顯著降低，由于陰極上氫離子濃度的提高，相應(yīng)的金屬離子濃度降低，造成電流效率下降。鹽酸濃度的變化對(duì)于沉積層中鎵含量影響不大，含量在70%～85%之間，鹽酸濃度較低時(shí)，鎵含量較高，但鹽酸濃度不可過低，否則會(huì)造成三氯化鎵水解。

2.4 沉積液金屬離子總濃度對(duì)電沉積的影響

電沉積條件：電流密度20 mA／c m2，溫度80℃，電沉積液組分為HCl濃度0.1 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min，固定Ga與Ge離子濃度比為4∶1?？疾霨a離子濃度分別為0.80、1.50、1.60、1.80、1.90、2.00、2.10、2.20、2.40、2.80、3.20 mol／L時(shí)對(duì)電沉積的影響，結(jié)果列于表1。

以Ga離子濃度2.4 mol／L時(shí)為分界，高于此濃度時(shí)，沉積層基本呈黑色，并且不牢固，水沖洗會(huì)脫落，鎵離子濃度等于和低于2.4 mol／L時(shí)，沉積層為銀灰色，表面平整光滑，有鏡面效果。

表1 金屬離子總濃度對(duì)電沉積的影響Table 1Effect of metal ion concentration on perf or mance of Target

由表1可見，金屬離子總濃度增加，電流效率提升，由于沉積液中離子濃度增加，電導(dǎo)率提高。但當(dāng)金屬離子總濃度提高到一定程度時(shí)，沉積液的分散能力和深鍍能力減弱，極化度降低，造成電流效率下降。

2.5 沉積液組分對(duì)電沉積的影響

2.5.1 鎵濃度對(duì)電沉積的影響

電沉積條件：電流密度20 mA／c m2，溫度80℃，電沉積液組分為Ni離子濃度0.25 mol／L、HCl濃度0.1 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min。考察 Ga離子濃度分別為0.125、0.25、0.50、1.00、2.00 mol／L 時(shí)對(duì)電沉積的影響，結(jié)果列于表2。

鎵：鎳為1∶2以及1∶1時(shí)，沉積層基本呈黑色，并且不牢固，水洗會(huì)脫落。Ga與Ge離子濃度比為2∶1、4∶1、8∶1時(shí)，沉積層為灰色或鐵灰色，表面平整光滑。

由表2可見，當(dāng)Ga與Ge離子濃度比為1∶2時(shí)，沉積電位差距較大，所以陰極大量沉積鎳，只沉積少量的鎵。隨著Ga含量的增加，二者的沉積電位逐漸接近，這時(shí)Ga的含量顯著提高。但當(dāng)Ga離子濃度大于Ge的4倍時(shí)，Ga含量基本不變，過量的Ga離子起到了導(dǎo)電鹽的作用。

表2 沉積液組分對(duì)電沉積的影響Table 2Effect of metal ion ratio on perfor mance of Target

2.5.2 鎳濃度對(duì)電沉積的影響

電沉積條件：電流密度20 mA／c m2，溫度80℃，電沉積液組分為Ga離子濃度1.0 mol／L、HCl濃度0.1 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min?？疾戽囯x子濃度為0.50、0.75、1.00 mol／L時(shí)對(duì)電沉積的影響，結(jié)果列于表3。

表3 改變沉積液中鎳濃度對(duì)電沉積的影響Table 3Effect of metal ion ratio on perf or mance of target

沉積層基本呈銀灰色，平整光滑，有鏡面效果，經(jīng)過能譜掃描測(cè)定表明，當(dāng)鎳鹽的濃度超過0.25 mol／L，達(dá)到0.5 mol／L以上時(shí)，電沉積的金屬基本為鎳。

2.6 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)電沉積的影響

電沉積條件：電流密度20 mA／c m2，溫度80℃，電沉積液組分 HCl濃度0.1 mol／L、Ga離子濃度1.0 mol／L、Ni離子濃度0.25 mol／L?？疾鞌嚢杵餍D(zhuǎn)速度分別為100、150、200、250、300、350 r／min時(shí)對(duì)電沉積的影響，結(jié)果列于表4。

由表4可見，改變攪拌的轉(zhuǎn)速對(duì)電流效率以及沉積層中的鎵含量無顯著影響。

表4 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)電沉積結(jié)果的影響Table 4Effect of rotation r ate on perf or mance of target

2.7 靶件后處理及溶解

在實(shí)際打靶過程中，靶件表面溫度較高。為了防止靶件在高溫氧化，在靶件表面又加鍍了一層金屬鎳（100～200 mg，10 c m2），由于鎳的熔點(diǎn)很高（1 726 K），在高溫情況下也可保護(hù)靶件的完整。經(jīng)過輻照實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為可行。

采用電解的工藝進(jìn)行溶靶。采用9 mol／L硫酸作為電解液。電解過程可通過觀察電流電壓來監(jiān)控反應(yīng)進(jìn)程，在熱室外即可監(jiān)控電解進(jìn)程。此方法無需加熱，操作簡(jiǎn)便，減少了放射性污染的可能性。

3 小結(jié)

酸性條件下通過電沉積法制備鎵鎳合金靶件，通過優(yōu)化鍍液組分以及電沉積條件，最終確定了電沉積工藝：電流密度20 mA／c m2，溫度80℃，電沉積液組分 HCl濃度0.1 mol／L、Ga離子濃度1.0 mol／L、Ni離子濃度0.25 mol／L，攪拌器旋轉(zhuǎn)速度250 r／min。制備了鎵含量75%的鎵鎳合金靶件。靶件表面鍍鎳保護(hù)后，經(jīng)過輻照，表面基本完好。電解法溶靶完全，操作簡(jiǎn)便、安全。酸性電沉積制備鎵鎳合金靶件方法簡(jiǎn)便、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于回旋加速器生產(chǎn)68Ge。

［1］Cutler C，Gir on M，Reichert D，et al.Evaluation of Gallium-68 Tris（2-Mercaptobenzyl）Amine A Complex with Brain and Myocardial Uptake［J］.Nucl Med ＆ Bio，1999，26：305-316.

［2］Hof mann M，Maecke H，B?r ner AR，et al.Biokinetics and i maging with the somatostatin receptor PET radioligand68Ga-DOTATOC：Preli minar y Data［J］.Eur J Nucl Med，2001，28：1 751-1 757.

［3］Meyer G-J，M?cke H，Schuh macher J，et al.68Galabelled DOTA-derivatised peptide ligands［J］.Eur J Nucl Med Mol Imaging，2004，31：1 097-1 104.

［4］Breeman W，Jong M，Blois E，et al.Radiolabelling DOTA-peptides with68Ga［J］.Eur J Nucl Med Mol Imaging，2005，32：478-485.

［5］M?kinen T，Lankinen P，P?yh?nen T，et al.Comparison of18F-FDG and68Ga PET i maging in the assess ment of experi mental osteomyelitis due to Staphylococcus aureus［J］.Eur J Nucl Med Mol Imaging，2005，32：1 259-1 268.

［6］Koukouraki S，Strauss L，Georgoulias V，et al.Comparison of the phar macokinetics of68Ga-DOTATOC and［18F］FDG in patients with metastatic neuroendocrine tumours scheduled for 90Y-DOTATOC therapy［J］.Eur J Nucl Med Mol Imaging，2006，33：1 115-1 122.

［7］Rajeswaren S，Smolik W，Tavernier S，et al.Design and physical characteristics of a s mall animal PET using BaF2crystal and a photosensitive wire chamber［J］.Nucl Instr Meth Phys Res A，1996，382：589-600.

［8］Meinken GE，Kurczak S，Mausner LF，et al，Production of high specific activity68Ge at Brookhaven National Laboratory ［J］.J Radioanal Nucl Chem，2005，263：553-557.

［9］Esin SK，Kokhanyuk VM，Kravchuk LV，et al.I-sotope Production for Medical and Technical Use at Moscow Meson Factory Linac［J］.Cern European Organization For Nuclear Research-Reports-Cern，1996：213-215.

［10］Arzu manov AA，Alexandrenko VV，Borisenko AR，et al.Technique for Irradiation of Nb-Ga Targets at Kazakhstan Isochronous Cyclotron［C］／／Proceedings of the 17th International Conference on Cyclotrons and their Applications，Tokyo：2004.Particle Accelerator Society of Japan，2004：28.

［11］楊春暉，張志梅，楊兆明，等.Ga As多晶薄膜的電共沉積制備及其半導(dǎo)體性能研究［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，1999，6：012.Yang Chunhui，Zhang Zhi mei，Yang Zhao ming，et al.St udy on Electrodeposited Polycr ystalline Ga As Fil ms and Their Characteristics［J］.Jour nal of the Chinese Ceramic Society，1996，27：721-726（in Chinese）.

［12］Shriver DF，Atkins DW，Langford CH，et al.高憶慈，史啟禎等譯，無機(jī)化學(xué)［M］.第2版，北京：高等教育出版社，1997：321-327.

［13］陳亞.現(xiàn)代實(shí)用電鍍技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.