《Separation and Purification Technology》：Stretch-induced highly oriented porous membrane for efficient molybdenum adsorption and application in 99Mo/99mTc generator
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钼-99/锝-99m发生器采用非溶剂诱导相分离与单轴拉伸制备的多孔聚 amidoxime 膜（P-PAO），通过优化聚合物链排列和孔隙结构，实现钼离子吸附容量607.99 mg/g，显著高于传统吸附剂，并通过XPS证实螯合机制，原型发生器实现93.87%锝-99m回收率。
陈杰|傅梦涛|杨仁旭|王学成|吴颖|沈中义|陈康|田如华|韩俊斌|马洪娟
上海应用辐射研究所，上海大学环境与化学工程学院，上海200444，中国
摘要
钼-99（^99Mo）是核医学中的关键母核素，对于生产锝-99m（^99mTc）至关重要。目前，^99mTc的临床应用受到其供应限制的制约。开发能够生产低比活度（LSA）^99Mo的^99Mo/^99mTc发生器是一种有望解决这一问题的策略。本研究重点介绍了一种多孔聚酰胺肟（P-PAO）膜，该膜通过非溶剂诱导相分离（NIPS）技术和单轴拉伸工艺制备而成，可作为高性能的^99Mo/^99mTc发生器吸附剂。小角X射线散射（SAXS）实验明确证实，这种拉伸不仅形成了具有更大比表面积的多孔结构，提供了更多的吸附位点，还使聚合物链充分伸展，从而优化了酰胺肟基团的空间排列，提高了其螯合效率。所制备的膜具有607.99 mg g^-1的优异钼吸附能力，远超大多数已报道的吸附剂。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，吸附机制涉及钼酸盐离子与酰胺肟基团之间的螯合作用，其中同时发挥了氨基（-NH2）和羟基（-OH）配位位点的作用。为了验证其实际应用价值，我们构建了一个原型^99Mo发生器（含2.84 mCi的钼），实现了93.87%的^99mTc回收率及优异的放射化学纯度。本工作证明了P-PAO膜系统是推动高性能LSA ^99Mo/^99mTc发生器技术发展的开创性和可靠候选材料。
引言
单光子发射计算机断层扫描（SPECT）已被广泛用于各种疾病的检测，其中锝-99m（^99mTc）是最常用的诊断放射性同位素，占所有诊断医学应用的80% [1]、[2]、[3]。钼-99（^99Mo）是生产^99mTc的母同位素，其半衰期为66小时（T1/2 = 6.02小时），比^99mTc（T1/2 = 6.02小时）更长，因此可以将其运输到所需位置进行^99mTc的生产 [4]。^99Mo的供应稳定性直接决定了^99mTc的市场供应情况 [5]。目前，医院通过^99Mo/^99mTc发生器系统获取^99mTc，而这些系统依赖于^99Mo的供应。然而，^99Mo的生产主要依赖于高浓缩铀-235（^235U，富集度>90%）或低浓缩铀-235（^235U，富集度<20%）在反应堆中的（n,f）反应，这一过程面临反应堆停机维护、意外关闭或退役等挑战，无法保证^99Mo的长期稳定供应 [6]、[7]、[8]、[9]。因此，开发新的^99Mo生产方法并改进^99Mo/^99mTc发生器的制备技术对于确保^99mTc的稳定供应至关重要。
目前，分离^99Mo和^99mTc的方法主要包括柱层析、升华、溶剂萃取和电化学分离 [7]、[10]。柱层析因其多功能性和较高的经济效益而成为首选分离技术，因此被广泛实际应用。商业发生器通常通过^235U的裂变来生产^99Mo，但这会产生大量放射性废物。近年来，利用^98Mo（n,γ）^99Mo和^100Mo（n,γ）^99Mo反应生产^99Mo的途径受到了广泛关注 [11]、[12]。这些方法成本较低且不产生核废料 [11]。然而，通过这些途径生产的^99Mo比活度较低，限制了其在传统^99Mo/^99mTc发生器中的应用，因为这些发生器需要较高的^99Mo吸附能力。而传统的氧化铝层析柱无法装载足够的^99Mo，导致^99mTc在^99Mo衰变后的放射性浓度不足 [13]、[14]、[15]。
为了解决低比活度（LSA）^99Mo发生器吸附能力低的问题，研究人员开发了多种吸附剂并研究了它们在^99Mo/^99mTc发生器中的性能。Tanase报告称，聚锆化合物（PZC）的^99Mo吸附能力可达200 mg g^-1 [16]。类似地，也尝试使用氯钛聚合物和硫酸盐改性的氧化铝作为LSA ^99Mo发生器的吸附剂 [17]，但这些吸附材料的钼离子吸附能力较低，不适合实际应用。此外，纳米金属氧化物在^99Mo/^99mTc发生器研究中也受到越来越多的关注。Chakravarty等人发现，纳米级Al2O3对钼具有优异的选择性，最大吸附能力为200 ± 5 mg g^-1 [18]；纳米氧化锆（t-ZrO2）的比表面积为340 m^2 g^-1，其钼离子吸附能力超过250 mg g^-1 [19]。然而，这些材料的吸附能力仍不足以满足大多数LSA ^99Mo生产需求，仍有改进空间。因此，迫切需要开发兼具增强捕获能力和快速动力学特性的新型吸附材料。
文献中报道的具有优异钼吸附性能的功能基团主要包括-OH和-NH2。值得注意的是，酰胺肟基团（AO）同时含有-OH和-NH2基团，能够与金属离子发生螯合作用 [20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。这不仅提高了吸附能力，还增强了^99Mo的吸附效果，减少了^99mTc洗脱过程中^99Mo的损失，从而实现了医疗用^99Mo/^99mTc发生器所需的纯度和活性。然而，PAO聚合物中丰富的OH和NH2基团之间的强分子内氢键常常导致溶液形成凝胶，干燥后得到的材料脆性较大，目前尚未有规则形态的PAO材料可用于柱层析应用。
在本研究中，我们通过设计具有规则形态的P-PAO膜来解决这一关键的材料加工问题。我们采用了非溶剂诱导相分离（NIPS）与单轴拉伸相结合的合成策略，实现了两个目标：一是创建多孔结构，为钼酸盐离子提供高效的传输通道；二是使聚合物链有序排列，优化螯合酰胺肟基团的空间分布和可及性。实验结果表明，所制备的P-PAO膜具有607.99 mg g^-1的钼吸附能力。此外，我们全面评估了其在发生器应用中的性能，包括辐照稳定性、在竞争离子存在下的选择性以及高效的^99mTc洗脱效果。最终，我们成功构建了一个原型^99Mo/^99mTc发生器，实现了93.87%的^99mTc回收率。因此，本研究不仅提供了一种高性能吸附剂，还提出了一种用于开发下一代LSA ^99Mo/^99mTc发生器的新策略。
部分内容摘录
表征
P-PAO膜的制备过程如图1所示。图1a展示了未经过NIPS处理的PAO有机凝胶的光学照片，图1b和c分别展示了PAO和P-PAO膜的外观。照片显示，PAO有机凝胶具有优异的机械性能，可拉伸至原始长度的11倍。扫描电子显微镜（SEM）结合能量分散X射线光谱（EDS）技术对其进行了详细分析。
结论
本研究成功开发了一种新型P-PAO膜吸附剂，并深入探讨了其在^99Mo/^99mTc发生器中的应用潜力。通过酰胺肟化修饰聚丙烯腈（PAN），并结合非溶剂诱导相分离和单轴拉伸技术制备了P-PAO膜。SAXS分析证实，拉伸过程不仅形成了具有显著增加比表面积的各向异性多孔结构，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本项目得到了国家自然科学基金（资助编号：12,475,346）和中国海水铀提取技术创新联盟创新发展基金（编号：CNNC-CXLM-202202和CNNC-HSTY-2024-004）的支持。
