Technetium-99m-Generator

Die Halbwertszeit des Mutternuklids ⁹⁹Mo ist mit 66 Stunden viel größer als die des Tochternuklids ^99mTc mit 6 Stunden. 50 % der Gleichgewichtsaktivität wird innerhalb einer Halbwertszeit des Tochternuklids erreicht, 75 % innerhalb von zwei Halbwertszeiten des Tochternuklids. Daher ist das Entfernen des Tochternuklids (Elutionsprozess) aus dem Generator („Melken“ des Generators) sinnvollerweise etwa alle 6–12 Stunden durchzuführen.^[1]

Die meisten kommerziellen ⁹⁹Mo/^99mTc-Generatoren benutzen ^99mTc-Chromatographie-Säulen, in denen ⁹⁹Mo auf saurem Aluminiumoxid aufgebracht ist. Wenn man eine normale Salzlösung durch die Säulen mit immobilisiertem ⁹⁹Mo und löslichem ^99mTc drückt, entsteht eine Salzlösung, die ^99mTc enthält, zu der dann das für das jeweilige Organ spezifische Pharmazeutikum in entsprechender Konzentration gegeben wird. Das Isotop kann auch ohne pharmazeutische Markierung für bestimmte Zwecke, die reines ^99mTc als primäres Radiopharmakon verlangen (z. B. Schilddrüsenszintigrafie), verwendet werden.

Die nutzbare Lebensdauer eines ⁹⁹Mo/^99mTc-Generators beträgt etwa drei Halbwertszeiten des Molybdäns, also etwa eine Woche. Danach ist der Gehalt an ⁹⁹Mo zu gering. Somit kauft eine Klinik oder Praxis für Nuklearmedizin mindestens einen solchen Generator pro Woche oder mehrere in gestaffelter Form.

Technetium-99m ist seit vielen Jahrzehnten das weltweit am häufigsten verwendete Radionuklid für bildgebende Verfahren in der diagnostischen Nuklearmedizin. Es wurden zahlreiche ^99mTc-Radiopharmaka entwickelt, z. B. für

• die Herzbildgebung ^99mTc-MIBI (Methoxyisobutylisonitril),
• die Knochenbildgebung ^99mTc-MDP (Methyldiphosphonat),
• die Leukozytenbildgebung ^99mTc-HMPAO (Hexamethylpropylenaminoxim),
• die Nierenbildgebung ^99mTc-MAG3 (Mercaptoacetyltriglycin) und
• die Leberbildgebung ^99mTc-Mebrofenin.^[2]

Während ^99mTc für die Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie-Bildgebung verwendet wird, wurde angesichts der breiten Palette verfügbarer Technetium-Radiopharmaka auch die Verwendung von ^94mTc (Beta-Plus-Zerfall, Halbwertszeit 53 m) für die Positronen-Emissions-Tomographie-Bildgebung untersucht.^[2]

⁹⁹Mo kann durch neutroneninduzierte Kernspaltung von Kernen des Nuklids ²³⁵U gewonnen werden. Molybdän ist ein Spaltprodukt. Dies kann in einem Kernreaktor, speziell einem Forschungsreaktor, erfolgen. Der Großteil der heutigen Produktion von ⁹⁹Mo wird jedoch durch die neutroneninduzierte Kernspaltung, aber von hochangereichertem ²³⁵U (englisch highly enriched uranium – HEU) erzeugt.^[3] Die Neutronen werden an Deuteronen- und Protonenbeschleunigern durch (d,n)- und (p,n)-Reaktionen an schweren Targets generiert.^[4]

⁹⁹Mo kann aber auch durch Neutroneneinfang von ⁹⁸Mo produziert werden:

${\displaystyle \mathrm {^{98}Mo(n,\gamma )^{99}Mo} }$

Eine andere Methode verwendet die Reaktion ${\displaystyle \mathrm {(\gamma ,n)} }$ mit ¹⁰⁰Mo als Targetnuklid:

${\displaystyle \mathrm {^{100}Mo(\gamma ,n)^{99}Mo} }$

Hochenergetische Gammastrahlung für diese Reaktion wird durch die Bestrahlung schwerer Targets mit hochenergetischen Elektronen erzeugt, die in einem Linearbeschleuniger beschleunigt wurden.^[5]

Es ist aber auch möglich, ^99mTc an einem Zyklotron durch Bestrahlung von angereichertem ¹⁰⁰Mo in der Kernreaktion

${\displaystyle \mathrm {^{100}Mo(p,2n)^{99m}Tc} }$

oder von ⁹⁸Mo in der Kernreaktion

${\displaystyle \mathrm {^{98}Mo(d,n)^{99m}Tc} }$

herzustellen.^[2]

Die Grafik zeigt die Zerfallskette von ⁹⁹Mo über ⁹⁹Tc zum stabilen ⁹⁹Ru sowie ein vereinfachtes Niveauschema von ⁹⁹Tc. Die Beta-Minus-Zerfälle sind blau, die Gamma-Zerfälle rot dargestellt. Der metastabile Zustand ^99mTc ist mit grüner Farbe besonders hervorgehoben. Beim Betazerfall von ⁹⁹Mo sind nur die drei wichtigsten Zweige mit einem Verzweigungsanteil von jeweils über 1 % dargestellt. Auch das Niveauschema des ⁹⁹Tc wurde hinsichtlich der hier relevanten Übergänge vereinfacht. Die Kerndaten stammen aus dem Evaluated Nuclear Structure Data File (ENSDF) und basieren auf der Dateneinschätzung vom Juli 2017.^[6]

Der in einem Technetium-Generator ablaufende Zerfallsprozess kann wie folgt beschrieben werden:

${\displaystyle \mathrm {{}_{42}^{99}Mo_{57}^{*}\longrightarrow _{43}^{99}Tc_{56}^{*}\ +\ e^{-}\ +{\overline {\nu }}_{e}} \ +\ \mathrm {Energie} }$

${\displaystyle \mathrm {{}_{43}^{99m}Tc_{56}^{*}\longrightarrow _{43}^{99}Tc_{56}\ +\ \gamma } }$

Hierbei zerfällt das ⁹⁹Mo mit 65,9 Stunden Halbwertszeit in angeregte Zustände des ⁹⁹Tc. Rund 14 % des ⁹⁹Mo zerfallen mittels Beta-Minus-Zerfall in den Grundzustand des ⁹⁹Tc und ca. 86 % in den metastabilen Zustand ^99mTc. Dieser hat wiederum eine Anregungsenergie von 143 keV und zerfällt durch Gammaemission und innere Konversion mit einer Halbwertszeit von 6,007 Stunden in den instabilen Grundzustand des ⁹⁹Tc.^[7]

Der Grundzustand von ⁹⁹Tc geht mit einer Halbwertszeit von 211.100 Jahren durch Beta-Minus-Zerfall in das stabile ⁹⁹Ru über.

• Gallium-68-Generator

• H. Krieger: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes BG Teubner Verlag, 2007, ISBN 3-519-00487-9.

• Webseite des Brookhaven National Laboratory zur Geschichte des Technetium Generators. (englisch)
• chemie-master.de – Technetium-99m-Generator: Funktionsmodell und Beschreibung

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