CN101678308B - 采用微组配装置的亲核放射氟化 - Google Patents

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Abstract

一种用于实施[18F]氟化物相转移的微量溶液和接着消除共沸干燥过程的2-[18F]FDG的放射合成。[18F]氟化物相转移采用廉价一次性应用的微型微芯片实施。另外，每一个随后步骤可在相同的单一微芯片上实施。

Description

采用微组配装置的亲核放射氟化
发明领域
本发明涉及放射示踪剂合成领域。更具体地讲，本发明涉及采用微结构的PET放射示踪剂合成。
发明背景
微流(Microfluidic)装置对PET放射示踪剂合成提供几种显著的益处，包括减少辐射屏蔽需求、反应时间更灵活、对反应条件的控制增加和减少试剂消耗。放射示踪剂合成可大致地描述为需要4个步骤，捕集/相转移、标记、脱保护和纯化。几位作者先前已经报导微流装置在放射合成2-[18F]FDG中的用途，其中采用简单微流’T’-混合器实施放射性标记和脱保护反应。然而到目前为止，如以下描述的那样，仅一组已经报导通过采用具有许多阀门的循环系统的更具挑战性的[18F]氟化物相转移方法，并且已经证实对小动物PET扫描具有足够的放射性的工作(720μCi 18F-)。
典型的18F-氟化物相转移方法采用相转移树脂。携带水的18F-氟化物通过装填有合适树脂珠粒的柱子被推进。当水通过树脂时，18F-氟化物被捕集。然后通过用水、碳酸钾(K2CO3)、乙腈(MeCN)和作为相转移催化剂的
Figure G200780051581XD00011
组成的洗脱液冲洗来洗掉树脂的18F-氟化物。生成的18F-氟化物不是无水的，因为需要水以溶解碳酸钾。需要后者来引入K+-离子起对18F-离子的抗衡离子的作用。常用的洗脱液组分含有乙腈和20％-73％之间的水。但对于随后发生的标记反应，通常应避免水的存在，因为极性的水分子通过水合作用屏蔽18F-离子，从而保护它们免于亲核进攻。为了获得反应性“裸露的(naked)”18F-氟离子，溶液通常通过共沸蒸馏干燥。所以相转移可分为首先的溶剂交换和其次的附加干燥。
用于实施溶剂交换的已知方法包括固相萃取法(SPE)、电极法和电透析。在SPE中，18F-氟化物通过树脂珠粒捕集并且之后自树脂洗脱。该方法已被很好地确立并且是有效的，应该很容易在微芯片上实施。然而，将珠粒填充进入微芯片的微结构是一种挑战并且预计可需要另外的干燥步骤。在电极法中，18F-离子被阳极俘获。在溶剂交换后，它们通过反向电压而被释放。当不需要另外的干燥步骤时，这样的方法对在微结构上的经济实用性操作而言在技术上过于复杂。在电透析中，携带18F-离子的水通过疏水膜。在膜另一侧的体积填充有乙腈。水不能渗透膜，但是18F-离子经电场驱使通过膜迁移进入乙腈。因为离子可转移进入干燥乙腈中，如果膜的水渗透性足够低，可不需要另外的干燥步骤。然而，在微芯片上的电透析还未得到证实。
用于另外干燥步骤的最常见方法为共沸蒸馏。因为乙腈与水形成共沸混合物，通过经真空下加热蒸发乙腈-水混合物以干燥18F-氟化物是可能的。该步骤已经由UCLA/Siemens小组在微芯片上实施并且为迄今为止仅有的被公开用于在微芯片上实施步骤1的方法。该方法采用相当复杂的在图1中显示的微结构设计，具有多达40个主动微阀和多达9个蠕动泵阀门组。通过经透气性聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质蒸发溶剂实施共沸干燥。缺点是PDMS与大多数有机溶剂不相容并可引起可浸出的问题。
合成[18F]FDG的最常用方法为Hamacher等，J.Nucl.Med.27：235-238(1986)的方法，其中1，3，4，6-四-O-乙酰基-2-O-三氟甲磺酰基-β-D-吡喃甘露糖与[18F]氟化物的反应在无水溶剂中实施。新近，氟化方法，包括其中在溶剂中存在控制量的水的用于合成[18F]FDG的方法已经在WO 2006/054098中有描述。
先有技术氟化系统10包括许多用于向微流装置12提供’干燥’18F-氟化物的部件，所述氟化物用于与标记的前体混合。系统10采用了六-端口液相层析环路注射阀14，其中sep-pak柱16已经替代环路。18F-氟化物被供给阀门14的输入口。自阀门14的输出指向四-端口选择阀18。K2CO3/K222洗脱液在经调节器22、压力表24和流量计26提供和控制的氦气压力下自源贮器20提供。最后，针状阀28引导氦气，以促使洗脱液朝向阀门14以便在sep-pak柱16中与18F-氟化物混合。CH3CN也在氦气压下通过针状阀32自贮器30向阀18提供。氦气压力也通过针状阀34分别提供给阀18。来自sep-pak 16的洗出液与CH3CN混合并引向安放在用于常规加热和干燥的加热器38中的干燥容器36中。然后’干燥的’18F-氟化物通过泵40导向微流装置12。
微流装置12限定输入口42、输出端44和在流体连通之间延伸的细长微流通道46。输入口42被置于与泵40的输出管线48和离开前体池50的输出管线49的流体连通处。前体(例如三氟甲磺酸酯)由池50经泵52提供并开始在输入口42与18F-氟化物混合。通道46包括第一螺旋通路54和第二螺旋通路56。第一螺旋通路54为其中发生标记反应的通道46的部分。装置12进一步限定以与位于第一和第二螺旋通路54和56之间的通道46的流体连通提供的第二输入口58。第二输入口58也以与NaOH的池55的流体连通提供。泵60引导NaOH通过输出管线59进入通道46，以便在第二螺旋通路56中与标记的18F-氟化物混合物混合并因此提供脱保护。所有流体在泵40、52和60的压力下通过装置12引导，以便生成的混合物自输出端44引出并通过管道62进入一对sep-pak柱64和66用于纯化。
该系统的总体设计可能对于一次性应用的微芯片太昂贵。所以共沸干燥对微流合成仍然是一种挑战。
因此需要廉价、高容量的微量溶液用于实施排除共沸干燥过程的[18F]氟化物相转移。另外，需要能够在放射合成过程的每一个步骤采用微芯片的装置和方法。
附图简述
图1显示基于MFD的结合先有技术的常规干燥装置的亲核[F-18]氟化系统的图解实例。
图2显示基于简化MFD的结合本发明nanopaks的亲核[F-18]氟化系统。
图3显示本发明的nanopak的剖视图。
图4描绘了本发明的6个微芯片。
图5描绘了用于不采用溢流堰保留树脂颗粒的微结构的拥挤效应。
图6描绘了用于实施捕集和/或纯化步骤的本发明COC微芯片。
图7描绘了用于标记和脱保护的本发明另一种可供选择的微芯片。
图8描绘了用于接收洗脱的18F并然后实施标记和脱保护步骤的本发明另一种可供选择的微芯片。
图9显示了描述在标记期间使用不同含水量的放射化学纯度的图。
图10显示在PS-HCO3上捕集[18F]氟化物(1ml)的35次试验的结果。
图11以图表表示了当采用具有不同含水量的洗脱液时所捕集18F的洗脱结果。
图12描绘了用于试验的Syrris混合器微芯片的示意图。
图13描绘了用于证明在微芯片上合成的试验装置结构的示意图。
优选实施方案的详细描述
本发明构思了通过避免相转移后需要另外的干燥或者通过另一种可供选择的干燥方法的两种可供选择的方法。通常认为为实现有效的亲核取代，氟离子必须是“裸露的”(即未水合)并且因此通常包括耗时的共沸干燥步骤。然而，如同由WO 2006/054098公开的和在图9中显示的，FDG在乙腈中的详细分析合成已经显示一些含水量是可以接受的并且与完全干燥的反应溶液相比较0.1％-0.7％的含水量甚至是有益的。因此，本发明提供用含有对洗脱必要的最小量水的洗脱液洗脱-捕集的18F-。本发明通过加入含有被溶解前体的乙腈调节反应溶液的含水量至0.5％。
本发明也提供了用于实施捕集步骤的装置。在一个实施方案中，本发明装置为nanopak，一种具有约1-15μL容积的细长管(elongatetube)。或者，本发明提供可实施捕集步骤以使洗脱可进一步用于放射示踪剂合成方法的微芯片结构。本发明期待捕集和洗脱步骤可在独立于其中发生标记和脱保护步骤的微芯片的nanopak或微芯片上实施。或者，本发明期待用于实施捕集、标记和脱保护步骤的单一微芯片。另外，可提供单一微芯片用于实施放射示踪剂合成的全部四个主要步骤。
为了避免需要单独的干燥步骤，可改进相转移方法以传递“足够干燥的”溶液或者可改进标记方法以在反应混合物中接受更多的水。
电极相转移法仅需要用有机溶剂而非共沸干燥冲洗带有18F-氟化物的电极。发现这对微结构上的经济实用操作太具挑战性。所公开的成功方法采用具有铂电极的玻璃态碳素容器。本发明人已在该项研究之前试验一种更简单的操作。
应用常用的SPE相转移方法和含有离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐)的反应溶剂的另一种可供选择的标记方法已经由Kim等公开。该方法是高度耐水的并允许在标记时无须预先干燥。在Hammersmith实验室的初步试验显示该离子液体由于过高的背压而太粘滞，以致不能用于我们的微结构。
本发明公开了可采用仅稍作修饰而不需要进一步干燥的“经典”SPE相转移方法。在WO 2006/054098中证实了对FDG合成不需要完全无水的溶液，并且溶剂中控制量的水可导致产物改善的放射化学纯度。
因为能够用含有少于0.7％水的液体洗脱在树脂珠粒上捕集的18F-氟化物，本发明也证实了能够采用树脂相转移而无需随后的干燥。
洗脱液适当地选自以包含有机溶剂(适当地选自乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二噁烷、1，2-二甲氧基乙烷、环丁砜或N-甲基吡咯烷酮或任何它们的混合物)、水或含水有机溶剂的溶液中提供的任选地在相转移催化剂例如Kryptofix存在下的钾盐(例如碳酸钾、碳酸氢钾或硫酸钾)、四烷基铵盐(例如四烷基碳酸铵、四烷基碳酸氢铵或四烷基硫酸铵)和铯盐(例如碳酸铯、碳酸氢铯或硫酸铯)。适当地，该溶液在干燥有机溶剂(即含有少于1000ppm的水)或以其在随后的放射氟化反应中耐受的水平例如含有1000ppm-50000ppm的水，优选地为含有1000-15000ppm，更优选地为含有2000ppm-7000ppm，适当地为含有2500ppm-5000ppm水的含水有机溶剂中形成，如同在WO 2006/054098中讲授的那样。这样，可避免放射氟化前的进一步干燥步骤。在一个实施方案中，洗脱液为在乙腈或乙腈/水混合物中的碳酸钾和相转移催化剂例如Kryptofix。
另外，本发明方法具有相同的SPE技术也可用于最终纯化的益处。一旦已经在微结构上实施SPE相转移，实施SPE纯化是相对简单明了的。
本发明方法还具有不需要独立的混合器结构的优点，从而简化微结构的设计。
洗脱和捕集试验用1mL的辐射处理的18O/水实施。树脂的量必须足以不仅捕集18F-氟化物，而且捕集溶解于辐射处理的水中的远远超过氟化物的所有其它阴离子。来自文献的辐射处理水的分析使得能够估算阴离子浓度为261μmol/L。因为阴离子浓度可由于靶标结构、水质、靶标历史及其它因素而变化，所以采用2的安全系数。
来自Macherey-Nagel的PS-HCO3树脂具有0.75meq/g的阴离子容量。树脂的密度已被测定为0.45g/mL。从以上数据可见，对1mL的18F-氟化物溶液计算需要0.3μL的树脂体积。因为从由GEHealthcare of Little Chalfont，U.K.销售的TRACERlab FX方面的经验得知，减少理论上要求的树脂减少总体收率，且由于树脂珠粒不能象在市售的SPE柱中一样致密地装填在微结构中，为更高体积的树脂(1μL-15μL)而定制微结构。
通过本发明方法产生的[18F]氟化物溶液可随后用于[18F]放射示踪剂合成，以实施标记前体的亲核[18F]氟化，形成[18F]放射示踪剂。
如在此使用的术语“标记前体”意指适合于放射标记以形成[18F]放射示踪剂的生物分子例如肽、蛋白质、激素、多糖、寡核苷酸、抗体片断、细胞、细菌、病毒或小的药物样分子。在一个实施方案中，标记前体为可用于制备[18F]FDG的甘露糖三氟甲磺酸酯。
用通过本发明方法产生的[18F]氟化物溶液标记前体的反应可在升高的温度例如高达200℃或在非极端温度例如10℃-50℃下，并且最优选地在环境温度下实现。对放射氟化根据所实施的精确反应、反应容器的性质、溶剂等选择的温度和其它条件对本领域技术人员将是显而易见的。
在[18F]氟化后，可需要纯化步骤，其可包括例如除去过量的[18F]氟化物、除去溶剂和/或与未反应的标记前体分离。过量的[18F]氟化物可通过常规技术例如离子交换色谱法(例如采用BIO-RAD AG 1-X8或Waters QMA)或固相萃取法(例如采用氧化铝)除去。过量的溶剂可通过常规技术例如在升高的温度下真空蒸发或通过使惰性气体(例如氮气或氩气)流经过溶液除去。或者，[18F]放射示踪剂可在固相例如反相吸收剂如C5-18衍生的硅石柱上被捕集，而不需要的过量试剂和副产物被洗脱，并且然后[18F]放射示踪剂可以纯化的形式自固相被洗脱。在一个实施方案中，在微流装置上实施[18F]放射示踪剂的纯化。
Nanopaks
因为微芯片的开发是耗时的并且树脂体积对于每一种设计是固定的，对于最初试验开发了一种更简单的方法，所谓的“Nanopak”管。Nanopak微结构的目的是产生易于用树脂装填，易于与大规模和微小规模的装置接口和便利于采用1-25μl范围的树脂体积探究自18O水微流固相萃取18F氟化物的试验介质。Nanopak由以用于固相萃取的树脂体积装填并通过手紧(finger tight)无凸缘HPLC装置接合的长度为1/8″或1/16″聚四氟乙烯管线组成。
树脂为Chromabond PS-HCO3，Macherey Nagel规定为60μm直径[d50＝(60±15)μm，d95/d5：2.5±1]。如通过在显微镜下检测42个珠粒随机样本测定的那样，试验观察显示实际的珠粒粒度分布在19-113μm直径变化。该树脂也用于玻璃、PMMA和环烯烃共聚物(COC)装置。图2描述了采用用于如下文描述方法的捕集步骤和纯化步骤两者的nanopak的放射示踪剂合成系统110。
来自回旋加速器的18F-氟化物和来自池25的洗脱液被供给nanopak 102用于捕集18F。因为此时避免了对共沸干燥的需求，自nanopak 102的输出包含继续直接进行标记的可接受量的水。自nanopak 102输出的洗出液引向如先前描述的微流装置12。
微流装置12确定了输入口42、输出端44和在其间流体连通延伸的细长微流通道46。输入口42被置于与泵40的输出管线48和离开前体池50的输出管线49的流体连通处。前体(例如三氟甲磺酸酯)由池50经泵52提供并开始在输入口42与18F-氟化物混合。通道46包括第一螺旋通路54和第二螺旋通路56。第一螺旋通路54为其中发生标记反应的通道46的部分。泵60可引导NaOH通过输出管线59进入通道46用于在第二螺旋通路56中与标记的18F-氟化物混合物混合并因此提供脱保护，该步骤应该是需要的。所有流体仍然在泵40、52和60的压力下通过装置12引导，以使生成的混合物自输出端44引出并通过管道62进入一对nanopak柱104和106进行纯化。本发明还涉及每一个泵和池组合可另外包含迫使每一种流体通过所述微芯片的注射泵。
Nanopak 102因此简单地接收洗脱液和18F-氟化物输入物并且避免了对阀门14和18及所有对干燥18F-氟化物所需设备的需求。自Nanopak 102的输出被引向微流装置12的输入口。Nanopaks 104和106能够实施先前通过sep-pak柱提供的纯化步骤。因此，本发明的nanopaks 102、104和106及方法大大地简化了用于放射示踪剂合成的硬件的需求。
图3描述了本发明的nanopak 102。Nanopak 102(以及nanopaks104和106)包含具有限定输入口114的第一端112、限定输出端118的第二末端116和限定于其间延长的延伸通路120的细长管形体110。过滤元件122横跨通路120。树脂124被提供于通路120中的滤器122的邻近处(在输出端118的对面)。第一和第二末端112和116与HPLC装置紧密配合，以提供合成系统110中的流体密封连接。
Nanopaks中的树脂体积自1-25μl变化。具有350μm、900μm和1.5mm内径的管被研究。Nanopaks被装填5mg/ml MilliQ-高纯度水(18MΩ)的浆状物并手工自注射器注入。较小内径的管材(350μm和900μm)给出较高背压，导致用树脂填充该部分的问题。最终采用了1/8″外径，1.5mm内径和约6-7cm长的管材(tubing)。管材长度包含对装置必要的部分。总长度不随树脂体积显著变化，因为装置占用的长度为总长度的大部分。树脂在管材中由滤纸(达1/16″管材)或Vyon(Porvair Plc.，Norfolk，U.K.)微孔聚乙烯共聚物(达1/8″管材)限制。用于1/8″管材的Vyon烧结材料为2.4mm厚。
Nanopak的长期局限性是1)其不能变为单片集成微流系统的部分和2)缺乏几何柔顺性(即仅为圆柱形树脂柱，因为限制性结构为管材)。但是它们提供实施非常迅速的捕集的可能性且可易于改变洗脱试验参数。
微芯片
本发明也构思采用微组配(miecrofabricated)芯片以捕集池中的树脂珠粒并通过溢流堰阻止珠粒离开。如在图5中显示的另一种可供选择的设计不采用溢流堰捕集而是代之以在池R出口的收窄几何结构X占用珠粒，这引起拥挤效应，阻止珠粒B离开通道。在一些设计中仅有用于捕集和洗脱的珠粒通道被结合到其它设计中，即加入用于随后标记和脱保护反应的混合器。本发明的微芯片可自合适的玻璃或聚合物例如COC形成。微芯片可采用在碱中湿式蚀刻微结构和通过覆盖物的入口/出口的粉室爆破(powder blasting)的联合形成。采用掩模钻蚀(mask undercutting)技术，可在微通道中形成溢流堰结构而不需要耗费双掩模结构。
六种变化的玻璃微芯片设计显示在图4中。图4的微芯片结构被编为1-6号。每一个微芯片结构包含第一和第二微通道网状构造，分别称为′a′和′b′，其中′a′网状构造为两者中容量较小的网状构造，而′b′网状构造为两者中容量较大的网状构造。尽管微芯片1-3和5-6可实施本发明nanopaks的相同功能，但是没有显示在那些微芯片中使用的树脂来清楚地描述微芯片结构。
微芯片1-6合乎需要地通过沿着它们的主面之一连接两个延伸的平面壳体形成。图8显示本发明微芯片的斜视图以更好地着重于该构造。所述壳体合乎需要地为透明的。因此所提供的微芯片1-6的视图被显示俯视微芯片并通过透明的壳体。一般地，延伸的平面壳体中的一个限定微芯片的流体输送微通道，而另一个平面壳体覆盖微通道途径以包围它并因此限定所包围的微通道网状构造。覆盖平面壳体进一步限定位于具有微通道网状构造的不同部分的覆盖在登记库上面(overlying registry)的入口和出口，并使得能够提供或从微芯片取用各种流体。另外，在各端口施加用于引导流体通过微通道网状构造的液压。变化的液压使得操作人员能够引导通过微通道网状构造所引导的流体的流向和最终目的地。
微芯片1-3和5-6可变化地包含输入口I、输出端O和填充口F。这些微芯片中的每一个包含通过填充口F提供树脂进入的池R。微芯片5和6采用泪珠状池，而微芯片1-3采用直形通道池。如同所显示的那样，对于通道2a、2b、3a、3b、6a和6b，填充口F与输入口I在同一处。对于微芯片1a、1b、5a和5b，填充通道C在填充口F与池R之间直接流体连通，即填充通道进入池本身。每一个输入口I接收自回旋加速器输出的18F-氟化物。然后18F-氟化物通过池R引向最接近相应溢流堰或通道缩颈(constrictions)蓄积的树脂。然后洗脱液通过池R引向输出端O。因此，该18F-氟化物混合物准备好用于在随后的微通道微芯片混合器中的进一步反应。
图4的微芯片结构1-3包含分别标记为′a′和′b′的1和10μl直形通道设计(直形中通道的转角数相对低)。通道1a、2a、3a和3b不采用溢流堰，但是代之以在通道的相对宽区段与相对窄区段之间采用锥形流道，如在图4中描述的那样。通道2b在通道的输出末端加入了单一溢流堰W。通道1b分别在通道的输入和输出末端提供了第一溢流堰W1和第二溢流堰W2。通道1b还包含与池R直接流体连通的第二填充口F和填充通道C。通道与池具有90微米(+/-10微米)的目标深度并且延伸的通道直形区段具有通过已知掩蔽腐蚀技术形成的约90-112.5微米之间的宽度。
通道4a和4b的微芯片结构提供全部系统部件的选择。通道4a提供采用与用于放射标记的微量混合器M流体连通的用于18F氟化物浓缩的单一溢流堰W固相萃取通道的1μl通道。用于本发明的每一个混合器通过螺旋然后反螺旋以最佳利用可在微芯片得到的空间和提供两种流体混合的通道路径形成。然后通过输出端O自微芯片得到通道4a的混合器M的输出以任选得到中间处理或分析。微芯片结构4b提供三个以串联方式连接以任选使用任何一个或同时使用全部三个的三个微量混合器M1、M2和M3。流体在输入口I1和I2提供并在M1中混合。该反应的输出可通过输出端O1除去或者可被引入到第二混合器M2中，用于与通过第三入口I3提供的另一种流体混合。然后来自混合器M2的输出与通过第四入口I4引导用于在混合器M3中混合的流体混合，其产物在输出端O2除去。
通道5a和5b分别提供在通道的输入和输出末端采用第一和第二溢流堰W1和W2的1和10μl泪滴设计。泪滴池R通过填充口F和填充通道C填充珠粒。通道结构6a和6b分别提供在通道的输出末端采用第一溢流堰W的1和10μl泪滴设计。泪滴池通过输入口I向通道填充珠粒。
为了填充玻璃微芯片，使约1mm3的树脂颗粒悬浮于2ml的超纯HPLC-级水中。通过超声搅动30分钟分散颗粒。沉积用作粗滤技术以除去最大颗粒，因为那些最大颗粒将在填充期间阻塞装置。自超声波浴移出后使混旋液沉降30-45秒。然后用针和注射器吸取顶部1ml的水。超纯HPLC-级乙醇由于其较低表面能也被试验作为混旋液的介质。
将注射器中的混旋液手动注入到微芯片中，同时在显微镜下观察填充操作。1μl直形设计和1μl与10μl泪滴设计被填充。对于10μl泪滴设计，也将混旋液注入到微芯片中，同时将微芯片浸入到超声波浴中。1μl微芯片，直形和泪滴设计两者，通过腔室入口或通过分开的填充通道，经向微芯片注入珠粒在水中的混旋液填充树脂珠粒。溢流堰正确发挥功能。1μl直形-和泪滴-设计被填充60μm颗粒。溢流堰结构在限制珠粒时是有效的，入口在填充期间不堵塞并且背压足够低，以致不需要在超声波浴中沉没填充。
对于最终的放射化学试验，玻璃装置采用短长度PEEK管材和化学抗性环氧树脂，Araldite 2021(Vantico Ltd.，U.K.)的组合或MicronitMicrofluidics 4515微芯片支架接合。实际上，10μl通道结构未被采用。
图6和7分别描绘了本发明的微结构或微芯片150和210，其可联合使用以实施捕集、洗脱、标记和脱保护步骤。微芯片150与图4的微芯片5相同，后者采用泪滴状通道152和第一与第二溢流堰154与156。池158为在第一与第二溢流堰154与156之间延长的通道152的部分。进入池158的载荷的树脂通过填充口160和开口直接与泪滴池158流体连通的填充通道162。在池158中的树脂珠粒上捕集[18F]氟化物后，洗出液通过输入口164提供以流过通道152直到输出端166。然后所洗脱的[18F]氟化物可被引向图7的微芯片210。
图7描绘在入口212接收洗脱的[18F]氟化物和在入口214接收前体的微芯片210，[18F]氟化物与前体在发生标记的第一迂回微通道混合器216中混合。来自第一混合器216的输出可通过第一出料口218除去或者通过发生脱保护的第二迂回微通道混合器220引导。第二输入口220接受用于与第二混合器222中的物质混合的另一种流体例如盐酸。第二混合器222的出料口224提供未纯化的产物。本发明期待纯化可采用如对捕集讲授的本发明nanopak或微结构完成，但是在该情况中这样的微结构将提供产品的纯化。
用于微芯片结构的另一种可供选择的物质PMMA尽管因为其不耐溶剂而不适合于放射标记微结构，但是可用于采用相同微芯片设计的捕集和洗脱试验，所述相同微芯片设计可在以后通过自适合于放射标记的其它物质形成的其它结构使用。原型PMMA装置通过对含有微流通道部分的三层Scotch双面胶粘带(3M，USA)的PMMA片材进行层叠产生。微流通道采用Trotec Speedy CO2激光切割机(Laserite，U.K.)自胶粘带的中间层进行切割。顶层具有经由那里切割处于具有中间层微流通道的覆盖在登记库上面的入口和出口端。一旦三层被完全装配，装置可提供结构例如对图4的通道1a、2a、3a和3b显示的那些结构(即没有溢流堰的那些结构)。所构造的PMMA装置采用短长度的PEEK管材和化学抗性环氧树脂接合。层叠的微流装置除生产的劳动强度外对制备是廉价和简单的。250μm宽和262.5μm深的通道尺寸导致珠粒池容积为1-15μL并在250-1500μL min-1流速下试验。这样的装置能够装填并用于以可接受的背压有效捕集氟化物(42-90％)。除了60μm珠粒以外，100μm珠粒也已用于PMMA装置。它们的粒度分布据测定为54-134。
或者仍然地，本发明提供由COC形成的微芯片。COC耐得住许多有机物并且是抗辐射的。COC已经作为用于FASTlab合成仪的反应容器材料被试验。用于完全集约化FDG生产和模块式单元测试的微流通道自环烯烃共聚物6013(Topas Advanced polymers GmbH，德国)产生。微流通道通过在运行D4Technology Ltd.，(Hampshire，U.K.)的Excalibur CAD/CAM软件(Datron，Buckinghamshire，U.K.)的DatronM6CNC机器上采用0.3mm HSS端铣刀具(Toolex，Somerset，U.K.)直接微切削加工制备。通道用热扩散粘合密封。COC装置由于材料的溶剂抗性和易于制备作为该研究的部分被试验。装置产生外部花费￡15-￡40每装置。COC具有使其适合于注射成型并因此适合于大量生产用于一次性应用的装置制备的另外的有利条件。COC微芯片已经被开发将整个试验装置加上SPE纯化集成到单一微芯片上。
图8描绘自COC形成具有混合器和10μl树脂腔室(chambers)的作为全合成系统起作用的微芯片310。COC集成的微芯片310提供了具有用于18F相转移的第一树脂腔室或池314、标记反应器316、脱保护反应器318以及用于纯化的第二树脂腔室或池320的微通道312。微芯片310包含第一个延伸的平面壳体322和第二个延伸的平面壳体324。壳体322和324中的每一个用透明的COC形成以致于位于内部的微通道312似乎在该视野下是可见的。壳体322和324可用通过两体延长的螺栓326和328机械固定以确保两壳体的相互位置。壳体322限定了敞顶微通道途径330，后者当与壳体324联结时形成封闭的(除了入口和出料口)微通道312。壳体324限定了所有的微芯片310经由那里的入口和出料口，以致于每一个位于具有微通道330部分的覆盖在登记库上面，以使流体能够引入微通道途径312或自微通道312除去。壳体322和324被结合在一起以防止流体自微通道312漏出。
第一和第二溢流堰332和334在第一壳体322中形成并延长跨过微通道312至第一池314两边中任何一边。填充口336通过第二壳体324被限定并且填充通道338以流体连通延伸于第一池314与填充口336之间。树脂通过填充口336和填充通道338传递至第一池314。提供与池314的第一溢流堰332相对的第一与第二输入口通道340与342，以分别流体连通延伸至第一和第二输入口344和346。例如，[18F]氟化物可通过第一输入口344提供并且洗脱液通过第二输入口346提供，两者流入第一池314。所洗脱的[18F]氟化物到达与第一池314的第二溢流堰334相对的微通道312。
微芯片310的第二壳体324进一步限定了通过在期间流体连通延伸的前体流通道347与微通道312流体连通的第三输入口345。前体流体连通道347与微通道312的连接处位于池314与标记反应器316之间。通过第三输入口347传递的前体与来自第一池314的洗脱的[18F]氟化物混合并当两者流过标记反应器316时同时进一步混合。标记反应器316为提供螺旋和反螺旋流动通道以确保前体与洗出液完全混合以实施合成方法的标记步骤的微通道312的部分。
微芯片310的第二壳体324也限定了通过在期间流体连通延伸的区段350与微通道312流体连通的第四输入口348。区段354在超出标记反应器316与脱保护反应器318之间的位置与微通道312连通。第四输入口348可用于引入脱保护剂(如果需要这样)或者在标记后除去氟化的流体。脱保护发生于脱保护反应器318。脱保护反应器318为提供螺旋和反螺旋流动通道以确保标记的[18F]氟化物完全混合以实施合成方法的脱保护步骤的微通道312的部分。来自脱保护反应器318的输出可被引向第二池320或通过区段354自微芯片310流向第五输入口356。
第三和第四溢流堰360和362延伸跨过微通道313以在期间限定第二池320。填充口364通过第二壳体324确定并且填充通道366流体连通延伸于第二池320与填充口364之间。树脂通过填充口364和填充通道366传递至第二池320。第二池320中的树脂当其向出料口368或370中任何一个流过第四溢流堰362时提供脱保护的[18F]氟化物溶液的纯化。提供另一个端口372与微通道312流体连通，第二池320的上游应要求提供另外的洗脱液用于纯化步骤。出料口368和370便于自第二池320交替引导洗出液至交替的目的地(如果需要)。
SPE分离而不需另外的干燥
为了保持后洗脱氟化物溶液含水量低至足以确保适当标记，采用以下策略：
(1)在树脂上捕集18F-氟化物后，用含有刚好足够的水以便能完全洗脱氟化物的碳酸盐/K222/水/乙腈溶液洗脱。预计对此需要的水量导致对于标记水浓度太高。
(2)为此用另外的乙腈稀释被洗脱的液体。在起点时，在该“最终氟化物溶液”中的水浓度保持在≤0.5％。
对于以下试验，采用以下术语：
碳酸盐溶液意指溶解于水中的碳酸钾。
洗脱液意指以上碳酸盐溶液加上含有以与所用碳酸盐浓度相匹配的化学计量浓度溶解的Kryptofix的乙腈。
最终氟化物溶液意指洗脱液加上洗脱后被加入以保持水浓度低至足以用于随后标记的额外的乙腈。
以上方法应使18F-氟化物的捕集效力(目标：90％-100％)、洗脱效力(目标：90％-100％)、整个方法的速度和最大标记产率(不受氟化物溶液的水含量影响)最佳化。预计几个参数对18F-氟化物的捕集和洗脱并因此对该方法的最佳化是恰当的。即捕集树脂的量、洗脱液的水浓度、洗脱液的碳酸盐含量、用于捕集的流速、用于洗脱的流速和洗脱液的体积为均衡的和最佳化的全部参数。
捕集树脂的量指示更多树脂将更有效地被捕集，但是也要求更多体积的洗脱液。洗脱液中较高的水浓度将更有效地洗脱，但是也将降低标记产率。洗脱液中更多的碳酸盐含量预计更有效地洗脱，但是洗脱液中受限的水含量将限制碳酸盐的溶解度。用于捕集的较低流速将更有效地捕集，但是由于衰变上升而导致丧失活性。类似地，较低的洗脱速度将更有效地洗脱，但是由于衰变上升而导致丧失活性。最后，较高的洗脱液体积将更有效地洗脱，但是将增加洗脱和全部随后步骤的持续时间，导致由于衰变而丧失活性。
预计大多数以上参数不彼此独立起作用。所以对于完整的研究，全部参数必须通过保持其它参数恒定来变化。集中于大多数关键参数的直觉策略被采用，从而树脂体积和洗脱液中的水浓度被研究。
试验1-
18 F-氟化物产生
含有配备Havar 50μm银箔的银靶标(GE P52310JL)的具有0.8ml体积的GE PETtrace回旋加速器被采用。18O源为97％。来自RotemIndustries Ltd.的18O富集的水用水稀释为20-30％。
固相萃取
如以上描述的那样实施向nanopak管中装填树脂。为了捕集，将含有相当于约0.5mCi的18F-氟化物的18O-水的等分试样通过加入超纯水制备为总体积1mL并采用PHD 2000注射泵(Harvard Apparatus，Kent，U.K.)使之以100-1500μLmin-1的多种流速通过装置。起始活性、捕集活性和试验丧失采用IG12离子室测量并作为没有衰变校正捕集的百分数绘图，除非另外指明。
甘露糖三氟甲磺酸酯的大量放射标记
实施[18F]四酰化葡萄糖(FTAG)与2-脱氧-2-[18F]氟-d-葡萄糖(FDG)的大量合成，以便能够在伴随和不伴随共沸干燥的常规大规模方法与微流固相萃取方法之间进行比较。
[ 18 F]四酰化葡萄糖(FTAG)
向1mL 18F-氟化物水溶液(0.5mCi)中加入0.3mL(0.1M)K2CO3(0.06mM K+)、0.7mL乙腈、26mg K222(0.07mM)并伴随N2气流下加热至120℃反应约5分钟以帮助共沸干燥。干燥后，使容器冷却至85℃并加入在0.5mL无水乙腈中的20mg甘露糖三氟甲磺酸酯且在85℃下保持10分钟，导致放射化学纯度为72-90％(n＝3)。在没有共沸干燥下实施的以上反应如所预计的那样导致FTAG的放射化学纯度下降至5-6％(n＝2)。
2-脱氧-2-[ 18 F]氟-d-葡萄糖(FDG)
通过用碱水解将FTAG脱保护并通过向冷却的(＜40℃)反应器中加入0.3mL(0.3M)氢氧化钠实施制备FDG。充分混合下在约1分钟内发生水解，放射化学纯度为至少80％。
产率测定
标记反应的总产率受到标记反应本身的产率，即多少18F-氟化物与前体反应和受到二级损失象放射性衰变或合成系统中放射性捕集的限制。如果后者因素可忽略，产率完全由反应产率确定并可通过测定放射化学纯度(RCP)测量。放射化学纯度定义为产物分子的放射性除以全部其它18F种类(未反应的18F-氟化物和位点产物)的放射性。
因为二级损失在所有试验系列中被认为是恒定的，RCP用于许多试验中寻求产率对几种参数的依存关系。在一些试验中，总产率通过比较每个合成步骤的起始活性与产物活性直接测量，如通过没有衰变校正的IG12离子室测定的那样，除非另外指明。
放射化学纯度通过采用分析型放射-HPLC的放射性检测确定(Bioscan，Flow count FC-3300-NaI/PMT)。采用配备有20μL进样环管的Rheodyne 8125注射器实施将样品注射到Nucleosil 10μm，NH2，100
Figure G200780051581XD00181
250×4.6mm柱(Phenomenex，U.K.)中，以2ml min-1运行流动相为60％乙腈，40％0.1M pH7磷酸盐缓冲水溶液。通过在Compaq ProlinaPC上运行的放射-HPLC软件(Laura v1.4a，Lablogic，U.K.)实施峰面积的比较。
试验1-结果
对有效氟化物捕集需要的树脂体积
为了研究小量固相树脂对18F-氟化物萃取的用途，在此描述的装置如所描述的那样制备并填充1-25μL之间的树脂。从图10(捕集效力)图表可见尽管用非常小量的珠粒可获得良好的捕集效力，但是捕集效力呈现大程度的可变性。图10的结果为35次试验的平均值；然而为清楚起见一些异常值已被除去。有效捕集1mL辐射处理的18O-水的18F-氟化物需要最小的树脂体积为5μL。已经发现10μL树脂足以捕集来自1mL辐射处理的18O-水的氟化物。
自小的树脂体积洗脱氟化物
接着，如在图11中显示的那样，确定11％的水含量足以自10μL树脂有效洗脱18F。
对放射标记所用洗脱液的适用性
然后确定含有5μL的0.1M K2CO3每0.5ml乙腈和K222的洗脱液适合于FTAG和FDG合成。为了对较大体积(＞10μL)Nanopaks获得可重现的洗脱，水量增加至10μL并且乙腈体积相应增加以保持反应混合物中总的水浓度为0.5％和总的反应体积为2mL。随后用在1mL乙腈中的10μL的0.10M溶液洗脱5次含有10.8-15.7μL珠粒体积的Nanopaks，得到72-89％(n＝5)的洗脱。
因此确定对用相等体积的洗脱液和前体溶液有效捕集、洗脱和FDG合成而不需共沸干燥的合适条件可采用10-15μL树脂，用1mL含有99％乙腈+1％的0.1M K2CO3在水中的洗脱液和用于标记的而加入的在乙腈中的1mL前体达到(减少水含量至0.5％)。
试验2
该试验研究全合成方法在单一微芯片上的集成。
对微流合成的洗脱方法试验
最初的FDG微量合成试验采用Nanopak和市售玻璃混合器微芯片410用于标记(Africa微量反应器，Syrris Ltd.，Hertfordshire，U.K.)。微芯片410的几何形状显示在图12中。微芯片410通过如先前描述的那样将第一和第二延伸的平面玻璃体连接在一起形成，其限定了在其间的细长微通道412。图12提供微芯片410的具体尺寸标准。微芯片410提供了第一输入口414、第二输入口416和在离开输入口414与416的通道412相对末端的输出端418。输入口414与416分别通过区段422和424与混合连接处420流体连通。微通道412包括在连接处420与输出端418之间连续延长的第一螺旋形混合区段426和第二螺旋形反应区段428。
图13描绘用于试验的合成系统510的简图。Nanopak 512与具有用于实施标记反应的微通道516的第一微芯片514和具有用于实施脱保护步骤的微通道520的第二微芯片518连接。来自微芯片518的未纯化的输出被收集于小瓶522。Nanopak 512接收分别来自源524和526的18F-氟化物与洗脱液两者。所洗脱的18F-氟化物与来自前体源528的前体流混合并被促使通过微通道516用于标记。加热器530向微芯片514提供热量用于标记反应。然后来自微芯片514的被标记的输出与来自源532的NaOH在位于微芯片514与518中间的连接处534混合并全部被迫使通过微通道520用于脱保护。来自微芯片518的未纯化的输出被引向小瓶522。表2给出试验的详细说明。
微芯片514和518为由Syrris制备的1000μL双输入玻璃反应微芯片。Nanopak 512自一段聚四氟乙烯管形成并且含有15μL具有60μm珠粒大小的Chromafix PS-HCO3(来自Macherey Nagel)树脂。起始活性为0.4-1mCi，标记试验高达1Ci。加热器530提供85℃的标记温度。用于捕集的流速为1000μL/分钟，而反应流速为250μL/分钟。放射化学纯度，不需纯化为80％，如经HPLC测量的那样。
在Nanopaks上捕集来自1mL 18O-水的18F-氟化物。随后用K222/K2CO3洗脱氟化物并在升高的温度下，于微流装置上与在乙腈溶液中的甘露糖三氟甲磺酸酯混合。在室温下收集混合物并在11分钟的整个过程时间后经历HPLC分析。结果概述在以下表1中。
  捕集   洗脱   标记   脱保护   总计
  持续时间   1分钟   4分钟   4分钟   2分钟   11分钟
  未校正产率   88％   83％   23％**   98％*   17％
表1
*)预计的，仍未测量
**)未最佳化。主要限制是在玻璃表面上18F-丧失。为了检验该假设，吸附损失已被测量为约80％并且已经采用与在玻璃微芯片中相同的反应溶液在常规反应器中实施标记。该合成获得60％未校正的标记产率和43％的总产率。
因此已经在包含SPE相转移，省略常用的共沸干燥步骤的微型装置上实施FDG合成。对于开始用1mL辐射处理的18O水并且活性高达1Ci的未最佳化持续时间为11分钟。如果仅用0.1mL 18O水开始合成单一患者剂量，该持续时间可减少。如果例如通过使用COC作为装置材料可避免在微型反应器玻璃表面上的18F-吸附，可以预计约65％的总计未校正产率有进一步优化的可能。如果标记步骤的耐水性与FDG相似，应用于其它18F示踪剂的放射合成是可能的。
另外，作为合成方法的部分，固相萃取相转移方法的微流实施方法已经被开发。用微升体积的树脂相转移1mL的18O-水，加工时间为约5分钟，达到捕集和洗脱收率约90％。
已经使用具有低含水量的洗脱液以致于在加入基于乙腈的前体溶液后，反应溶液中的水浓度仅为0.5％而不需要另外的干燥步骤。这使得能够使用非常简单的微结构。通过“经典的”和微流合成试验已经检验出该相转移方法对FDG合成运转良好。与经典合成相对比，微流合成具有相当低的收率。研究显示这是由于吸附在所使用玻璃微芯片的表面上的18F损失引起的并且期待该损失可通过采用另外一种材料代替玻璃来避免。包含除最后纯化以外的全部合成步骤的集成微流合成系统目前已经基于COC制备。预计这样的系统在17分钟内实施FDG合成并且未校正收率为约54％。
迄今未在微结构上实施的唯一合成步骤是尚未实施的最后纯化。一些18F示踪剂例如FDG、FMISO或FACBC可通过固相萃取纯化。因为这与对相转移步骤研究中所用的技术相同，该类型纯化的扩展是相对简单明了的。也就是说，本发明期待纯化步骤可通过采用钠米填充或为此目的生产的本发明微芯片实现。大多数其它示踪剂需要必须在微结构上实施但是可能由于经济原因需要可重复使用的HPLC纯化。
本发明的相转移方法可产生可用于任何随后的亲核放射氟化方法的氟化物溶液。
用于集成系统COC的微结构材料为优选的材料，尽管可认为其它材料适合于特殊的用途。COC对有机溶剂和辐射具有要求的抗性。对于浸出而言，也可预计是安全的。因为COC微结构可通过注射成型产生，预计大量生产是经济的。对于需要较高温度的特殊应用，应象另外可供选择的材料一样记住玻璃。
尽管已经显示并描述本发明的具体实施方案，对本领域技术人员显而易见的是可以进行变化和修饰而不背离本发明的讲授。在上述描述和附图中提出的物质仅通过例证而不作为限制提供本发明的实际范围意欲根据先有技术展望其适当前景进行限定。

Claims (17)

1.一种用于[18F]氟化物相转移的方法，所述方法包括以下步骤：
在包含于微流室中的树脂上捕集[18F]氟化物；
用洗脱液洗脱[18F]氟化物形成洗出液，和
任选地稀释所述洗出液的水浓度，形成最终[18F]氟化物溶液，
其中所述最终[18F]氟化物溶液的水浓度低于0.7％。
2.权利要求1的方法，其中所述洗脱液包含溶解于水中的碳酸钾。
3.权利要求2的方法，其中所述洗脱液还包含乙腈和与所用碳酸盐浓度相匹配的化学计量浓度的Kryptofix。
4.权利要求3的方法，其中所述稀释步骤还包括向所述洗出液中加入另外的乙腈。
5.权利要求1的方法，其中所述最终[18F]氟化物溶液的水浓度在0.1％-0.7％之间。
6.权利要求1的方法，其中所述最终[18F]氟化物溶液的水浓度为≤0.5％。
7.权利要求1的方法，其中所述洗脱步骤采用足够的水实施以确保完全洗脱[18F]氟化物。
8.权利要求1的方法，其中所述捕集步骤采用一种细长管形体实施，所述细长管形体具有限定输入口的第一端、限定输出端的第二末端、和限定于其间延长的延伸通路，其中过滤元件横跨通路，1-25μl体积的树脂被提供于所述通路中所述滤器的邻近处。
9.权利要求1的方法，其中所述树脂为功能化聚苯乙烯。
10.权利要求9的方法，其中所述树脂包含直径约60微米大小的珠粒。
11.一种用于[18F]放射示踪剂合成的方法，该方法包括以下步骤：
在包含于微流室中的树脂上捕集[18F]氟化物；
用洗脱液洗脱[18F]氟化物形成洗出液；
任选地稀释所述洗出液的水浓度，形成最终[18F]氟化物溶液，其中所述最终[18F]氟化物溶液的水浓度低于0.7％；随后
使所述最终[18F]氟化物溶液与标记前体反应，形成[18F]放射示踪剂。
12.权利要求11的方法，其中所述捕集、洗脱和反应步骤采用用于实施亲核氟化相转移的微芯片实施，所述微芯片包含：
微芯片壳体，其包含沿着每一个所述壳体的主面连接的第一和第二伸长壳体；
延伸的微通道，其被限定于所述第一壳体和第二壳体之间；
第一输入口，其被延长经由那里与所述微通道流体连通的所述第一壳体限定；
第一输出端，其被延长经由那里与所述微通道流体连通的所述第一壳体限定；和
池，其由位于所述第一输入口与所述第一输出端之间的所述微通道的延伸部分限定，其中所述树脂被保留在所述池中。
13.权利要求12的方法，其中所述最终[18F]氟化物溶液与标记前体形成[18F]放射示踪剂的反应包括以下步骤：
所述最终[18F]氟化物溶液与标记前体反应；
任选除去任何保护基；和
纯化生成的[18F]放射示踪剂。
14.权利要求12的方法，其中所述标记、脱保护和纯化步骤中至少一个步骤在微流装置中实施。
15.权利要求12-14中任何一项的方法，其中所有步骤在单一微流装置中实施。
16.权利要求12-15中任何一项的方法，其中标记前体为甘露糖三氟甲磺酸酯和[18F]放射示踪剂为[18F]FDG。
17.权利要求1的方法，其中所述捕集步骤采用微流体装置实施，所述微流体装置包含：
微芯片壳体，其包含沿着每一个所述壳体的主面连接的第一和第二伸长壳体；
延伸的微通道，其被限定于所述第一壳体和第二壳体之间；
第一输入口，其被延长经由那里与所述微通道流体连通的所述第一壳体限定；
第一输出端，其被延长经由那里与所述微通道流体连通的所述第一壳体限定；和
池，其由位于所述第一输入口与所述第一输出端之间的所述微通道的延伸部分限定，其中所述树脂被保留在所述池中。
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