氟-18：修订间差异
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'''氟-18''' |
'''氟-18'''（<sup>18</sup>F）是[[氟]]的[[氟的同位素|放射性同位素]]，在自然界中[[痕量同位素|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]]。 |
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氟-18是[[正电子]]的良好来源，因此是[[正子斷層 |
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<ref name="NM textbook"/>。 |
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== 制备 == |
== 制备 == |
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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<ref name="NM textbook"/>。 |
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<ref name="NM textbook"/>。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<ref name="NM textbook" />。 |
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=== 水溶液製備 === |
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| ⚫ | 製備氟氣的方法則有兩種。第一，用高能量的[[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<ref>{{cite journal |author1=Casella, V., Ido, T., Wolf, A. P., Fowler, J. S., MacGegor, R. R., & Ruth, T. J. |title=Anhydrous F-18 labeled elemental fluorine for radiopharmaceutical preparation |journal=Journal of Nuclear Medicine |date=1980 |issue=21 |pages=750-757 |url=https://www.researchgate.net/profile/Thomas_Ruth/publication/15797932_Anhydrous_F-18_labeled_elemental_fluorine_for_radiopharmaceutical_preparation/links/00463518bd2d709db5000000/Anhydrous-F-18-labeled-elemental-fluorine-for-radiopharmaceutical-preparation.pdf |accessdate=2020-10-08}}</ref>，於1990年已十分常用。 |
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| ⚫ | 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[[回旋加速器|迴旋加速器]]或[[粒子加速器|直線加速器]]，將高能量（約18[[MeV]]）[[質子]]轰击纯水或浓缩的[[重氧水]]（又稱<sup>18</sup>O水），可製出含有氟-18陰離子的水溶液。<ref>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.</ref>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[[核医学放射性药物列表|放射性药物]]。放射性药物不能通過將藥品與[<sup>18</sup>O]結合來製造，因為轟擊[<sup>18</sup>O]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。 |
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=== 氣體製備 === |
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| ⚫ | 另一種合成方法是以含有[[氧-18]]的[[氧气]]为目标，在氪气中用质子轰击，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[[回旋加速器]]。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[[低溫物理學|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%。 |
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| ⚫ | 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<ref>{{cite journal |author1=Casella, V., Ido, T., Wolf, A. P., Fowler, J. S., MacGegor, R. R., & Ruth, T. J. |title=Anhydrous F-18 labeled elemental fluorine for radiopharmaceutical preparation |journal=Journal of Nuclear Medicine |date=1980 |issue=21 |pages=750-757 |url=https://www.researchgate.net/profile/Thomas_Ruth/publication/15797932_Anhydrous_F-18_labeled_elemental_fluorine_for_radiopharmaceutical_preparation/links/00463518bd2d709db5000000/Anhydrous-F-18-labeled-elemental-fluorine-for-radiopharmaceutical-preparation.pdf |accessdate=2020-10-08}}</ref>，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。<ref>{{cite journal |doi=10.1016/0969-8043(95)00148-7|title=Cyclotron production of PET radionuclides: No-carrier-added fluorine-18 with high-energy protons on natural neon gas targets|url=https://archive.org/details/sim_applied-radiation-and-isotopes_1995-09_46_9/page/833|year=1995|last1=Lagunas-Solar|first1=Manuel C.|last2=Carvacho|first2=Omar F.|journal=Applied Radiation and Isotopes|volume=46|issue=9|pages=833–838}}</ref> |
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| ⚫ | 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[[回旋加速器|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[[低溫物理學|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。<ref>{{cite journal |doi=10.1016/0969-8051(94)E0064-P|title=Electrophilic 18F from a siemens 11 MeV proton-only cyclotron|url=https://archive.org/details/sim_nuclear-medicine-and-biology_1995-01_22_1/page/111|year=1995|last1=Chirakal|first1=R.|last2=Adams|first2=R.M.|last3=Firnau|first3=G.|last4=Schrobilgen|first4=G.J.|last5=Coates|first5=G.|last6=Garnett|first6=E.S.|journal=Nuclear Medicine and Biology|volume=22|issue=1|pages=111–116|pmid=7735160}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1016/0883-2889(91)90179-5|title=Recommendations for fluorine-18 production|year=1991|last1=Guillaume|first1=Marcel|last2=Luxen|first2=Andre|last3=Nebeling|first3=Bruno|last4=Argentini|first4=Mario|last5=Clark|first5=John C.|last6=Pike|first6=Victor W.|journal=International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part A. Applied Radiation and Isotopes|volume=42|issue=8|pages=749–762}}</ref> |
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儘管氟氣及水溶液都含有氟-18，但兩者間的化學性質差別會影響到後續的放射性藥品合成。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<ref name="NM textbook"/>。 |
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== 化学性质 == |
== 化学性质 == |
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由於氟-18 的電負性及[[位阻效应|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]]。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。 |
由於氟-18 的電負性及[[位阻效应|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]]（<sup>18</sup>F-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<ref>{{cite book |url=https://books.google.com/books?id=BSVqDwAAQBAJ|title = Essentials of Nuclear Medicine and Molecular Imaging E-Book|isbn = 9780323567893|last1 = Mettler|first1 = Fred A.|last2 = Guiberteau|first2 = Milton J.|date = 17 August 2018}}</ref>。 |
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== 应用 == |
== 应用 == |
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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。<ref>{{cite journal|last1=Blau|first1=Monte|last2=Ganatra|first2=Ramanik|last3=Bender|first3=Merrill A.|title=18F-fluoride for bone imaging|journal=Seminars in Nuclear Medicine|date=January 1972|volume=2|issue=1|pages=31–37|doi=10.1016/S0001-2998(72)80005-9}}</ref>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。 |
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。<ref>{{cite journal|last1=Blau|first1=Monte|last2=Ganatra|first2=Ramanik|last3=Bender|first3=Merrill A.|title=18F-fluoride for bone imaging|url=https://archive.org/details/sim_seminars-in-nuclear-medicine_1972-01_2_1/page/31|journal=Seminars in Nuclear Medicine|date=January 1972|volume=2|issue=1|pages=31–37|doi=10.1016/S0001-2998(72)80005-9}}</ref>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<ref name="NM textbook">{{cite book |isbn=978-3-319-95564-3|title=Nuclear Medicine Textbook: Methodology and Clinical Applications|last1=Volterrani|first1=Duccio|last2=Erba|first2=Paola Anna|last3=Carrió|first3=Ignasi|last4=William Strauss|first4=H.|last5=Mariani|first5=Giuliano|date=10 August 2019}}</ref>。 |
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至今，氟-18依然是大多數正电子扫描所使用的核素<ref name="NM textbook">{{cite book |isbn=978-3-319-95564-3|title=Nuclear Medicine Textbook: Methodology and Clinical Applications|last1=Volterrani|first1=Duccio|last2=Erba|first2=Paola Anna|last3=Carrió|first3=Ignasi|last4=William Strauss|first4=H.|last5=Mariani|first5=Giuliano|date=10 August 2019}}</ref>。 |
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[[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<ref>{{cite journal|last1=Ordonez|first1=A. A.|last2=DeMarco|first2=V. P.|last3=Klunk|first3=M. H.|last4=Pokkali|first4=S.|last5=Jain|first5=S.K.|title=Imaging Chronic Tuberculous Lesions Using Sodium [18F]Fluoride Positron Emission Tomography in Mice.|journal=Molecular Imaging and Biology|date=October 2015|volume=17|issue=5|pages=609–614|doi=10.1007/s11307-015-0836-6|pmid=25750032|pmc=4561601}}</ref>。氟化钠造影可以判斷成骨性及蝕骨性的腫瘤[[遠端轉移]]<ref name = "NM textbook"/>，效果比傳統的{{tsl|en|Technetium (99mTc) medronic acid|Tc99m-MDP}}要準確<ref>{{cite journal |doi=10.1097/MNM.0b013e3283399120|title=The diagnostic and prognostic effectiveness of F-18 sodium fluoride PET-CT in detecting bone metastases for hepatocellular carcinoma patients|year=2010|last1=Yen|first1=Ruoh-Fang|last2=Chen|first2=Chih-Yu|last3=Cheng|first3=Mei-Fang|last4=Wu|first4=Yen-Wen|last5=Shiau|first5=Yu-Chien|last6=Wu|first6=Karl|last7=Hong|first7=Ruey-Long|last8=Yu|first8=Chong-Jen|last9=Wang|first9=Kao-Lun|last10=Yang|first10=Rong-Sen|journal=Nuclear Medicine Communications|volume=31|issue=7|pages=637–645|pmid=20389259}}</ref>。 |
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[[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 <sup>18</sup>F 取代了一个[[氢氧基]]。{{tsl|en|Glucose transporter|葡萄糖載體蛋白}}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<ref>{{cite journal |pmid=7391842|year=1980|last1=Som|first1=P.|last2=Atkins|first2=H. L.|last3=Bandoypadhyay|first3=D.|last4=Fowler|first4=J. S.|last5=MacGregor|first5=R. R.|last6=Matsui|first6=K.|last7=Oster|first7=Z. H.|last8=Sacker|first8=D. F.|last9=Shiue|first9=C. Y.|last10=Turner|first10=H.|last11=Wan|first11=C. N.|last12=Wolf|first12=A. P.|last13=Zabinski|first13=S. V.|title=A fluorinated glucose analog, 2-fluoro-2-deoxy-D-glucose (F-18): Nontoxic tracer for rapid tumor detection|journal=Journal of Nuclear Medicine : Official Publication, Society of Nuclear Medicine|volume=21|issue=7|pages=670–5}}</ref>。FDG被廣泛用於偵測心臟肌肉活性、發炎部位、腫瘤等<ref name = "NM textbook"/>。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]]<ref>{{cite journal |doi= 10.1007/BF02988499|title= From tumor biology to clinical PET: A review of positron emission tomography (PET) in oncology|year= 2001|last1= Kubota|first1= Kazuo|journal= Annals of Nuclear Medicine|volume= 15|issue= 6|pages= 471–486|pmid= 11831394}}</ref>。 |
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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]]<ref>{{cite journal |doi= 10.3390/cancers11121969|title= Imaging and Tissue Biomarkers of Choline Metabolism in Diffuse Adult Glioma: 18F-Fluoromethylcholine PET/CT, Magnetic Resonance Spectroscopy, and Choline Kinase α|year= 2019|last1= Grech-Sollars|first1= Matthew|last2= Ordidge|first2= Katherine L.|last3= Vaqas|first3= Babar|last4= Davies|first4= Claire|last5= Vaja|first5= Vijay|last6= Honeyfield|first6= Lesley|last7= Camp|first7= Sophie|last8= Towey|first8= David|last9= Mayers|first9= Helen|last10= Peterson|first10= David|last11= o'Neill|first11= Kevin|last12= Roncaroli|first12= Federico|last13= Barwick|first13= Tara D.|last14= Waldman|first14= Adam D.|journal= Cancers|volume= 11|issue= 12|page= 1969|pmid= 31817833|pmc= 6966628}}</ref>、[[18F-FECh]]<ref>{{cite journal |pmid= 11850483|year= 2002|last1= Hara|first1= T.|last2= Kosaka|first2= N.|last3= Kishi|first3= H.|title= Development of (18)F-fluoroethylcholine for cancer imaging with PET: Synthesis, biochemistry, and prostate cancer imaging|journal= Journal of Nuclear Medicine : Official Publication, Society of Nuclear Medicine|volume= 43|issue= 2|pages= 187–99}}</ref>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<ref name = "NM textbook"/>。 |
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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<ref>{{cite journal |doi=10.2967/jnumed.114.140608|title=Comparison of the Amino Acid Tracers 18F-FET and 18F-DOPA in High-Grade Glioma Patients|year=2014|last1=Lapa|first1=C.|last2=Linsenmann|first2=T.|last3=Monoranu|first3=C. M.|last4=Samnick|first4=S.|last5=Buck|first5=A. K.|last6=Bluemel|first6=C.|last7=Czernin|first7=J.|last8=Kessler|first8=A. F.|last9=Homola|first9=G. A.|last10=Ernestus|first10=R.-I.|last11=Lohr|first11=M.|last12=Herrmann|first12=K.|journal=Journal of Nuclear Medicine|volume=55|issue=10|pages=1611–1616|pmid=25125481}}</ref>。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<ref name = "NM textbook"/>。 |
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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]]<ref>{{cite journal |pmid= 12960188|year= 2003|last1= Shields|first1= A. F.|title= PET imaging with 18F-FLT and thymidine analogs: Promise and pitfalls|journal= Journal of Nuclear Medicine : Official Publication, Society of Nuclear Medicine|volume= 44|issue= 9|pages= 1432–4}}</ref>。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<ref name = "NM textbook"/>。 |
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有部分示踪剂則利用[[荷爾蒙]]與[[受体 (生物化学)|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<ref>{{Cite journal|last=Guo|first=Hua|last2=Harikrishna|first2=Kommidi|last3=Vedvyas|first3=Yogindra|last4=McCloskey|first4=Jaclyn E|last5=Zhang|first5=Weiqi|last6=Chen|first6=Nandi|last7=Nurili|first7=Fuad|last8=Wu|first8=Amy P|last9=Sayman|first9=Haluk B.|date=2019-05-23|title=A fluorescent, [ 18 F]-positron-emitting agent for imaging PMSA allows genetic reporting in adoptively-transferred, genetically-modified cells|journal=ACS Chemical Biology|language=en|doi=10.1021/acschembio.9b00160|pmid=31120734|issn=1554-8929|pmc=6775626|volume=14|pages=1449–1459}}</ref> |
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<ref name = "NM textbook"/>。 |
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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{{tsl|en|Flutemetamol (18F)|Vizamyl}}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<ref>{{cite journal |doi=10.1002/ana.22068|title=18F-flutemetamol amyloid imaging in Alzheimer disease and mild cognitive impairment: A phase 2 trial|url=https://archive.org/details/sim_annals-of-neurology_2010-09_68_3/page/319|year=2010|last1=Vandenberghe|first1=Rik|last2=Van Laere|first2=Koen|last3=Ivanoiu|first3=Adrian|last4=Salmon|first4=Eric|last5=Bastin|first5=Christine|last6=Triau|first6=Eric|last7=Hasselbalch|first7=Steen|last8=Law|first8=Ian|last9=Andersen|first9=Allan|last10=Korner|first10=Alex|last11=Minthon|first11=Lennart|last12=Garraux|first12=Gaëtan|last13=Nelissen|first13=Natalie|last14=Bormans|first14=Guy|last15=Buckley|first15=Chris|last16=Owenius|first16=Rikard|last17=Thurfjell|first17=Lennart|last18=Farrar|first18=Gill|last19=Brooks|first19=David J.|journal=Annals of Neurology|volume=68|issue=3|pages=319–329|pmid=20687209}}</ref>。[[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<ref>{{cite journal |doi=10.1016/j.radonc.2011.07.029|title=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|year=2011|last1=Hendrickson|first1=Kristi|last2=Phillips|first2=Mark|last3=Smith|first3=Wade|last4=Peterson|first4=Lanell|last5=Krohn|first5=Kenneth|last6=Rajendran|first6=Joseph|journal=Radiotherapy and Oncology|volume=101|issue=3|pages=369–375|pmid=21872957|pmc=3225491}}</ref>。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]][[alpha-v beta-3|α<sub>V</sub>β<sub>3</sub>]]的{{tsl|en|18F-fluciclatide|氟-18标记多肽}}等等<ref name = "NM textbook"/>。 |
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此外，亦有研究嘗試將氟-18標記到[[抗体]]上，與{{tsl|en|Tumor antigen|癌症抗原}}結合來偵測癌細胞 <ref>{{Cite journal|last=Rodriguez|first=Erik A.|last2=Wang|first2=Ye|last3=Crisp|first3=Jessica L.|last4=Vera|first4=David R.|last5=Tsien|first5=Roger Y.|last6=Ting|first6=Richard|date=2016-04-27|title=New Dioxaborolane Chemistry Enables [18F]-Positron-Emitting, Fluorescent [18F]-Multimodality Biomolecule Generation from the Solid Phase|journal=Bioconjugate Chemistry|language=EN|volume=27|issue=5|pages=1390–1399|doi=10.1021/acs.bioconjchem.6b00164|pmc=4916912|pmid=27064381}}</ref>。 |
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[[氟代脱氧葡萄糖]] (FDG)，其中 <sup>18</sup>F 取代了一个[[氢氧基]]。 |
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2024年2月18日 (日) 07:51的最新版本
 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  |
| 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（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，與癌症抗原結合來偵測癌細胞 [20]。
参考资料
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| 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 |