WO1999050855A1 - Medizinische radioaktive ruthenium-strahlenquellen hoher dosisleistung und verfahren zur herstellung dieser - Google Patents

Medizinische radioaktive ruthenium-strahlenquellen hoher dosisleistung und verfahren zur herstellung dieser Download PDF

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WO1999050855A1
WO1999050855A1 PCT/EP1999/002159 EP9902159W WO9950855A1 WO 1999050855 A1 WO1999050855 A1 WO 1999050855A1 EP 9902159 W EP9902159 W EP 9902159W WO 9950855 A1 WO9950855 A1 WO 9950855A1
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ruthenium
carrier
gold
layers
radioactive
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Werner Schmidt
Renate Freudenberger
Michael Andrassy
Jürgen ZIEGLER
Detlef Behrend
Andre Hess
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Bebig Isotopentechnik Und Umweltdiagnostik Gmbh
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    • A61N5/1002—Intraluminal radiation therapy

Definitions

  • the invention relates to radioactive ruthenium radiation sources with a dose rate of at least 1.5 Gy / min at a distance of 2 mm (water), which consist of an activity carrier and an enclosure of the carrier from a body-compatible material, with a multi-layer system of metals on the carrier and / or alloys are electroplated, in which at least two layers consist of ruthenium-106, and inactive intermediate layers of other metals or alloys are present between the radioactive ruthenium layers.
  • the activity carrier is made with a body-compatible material, e.g. a metal or plastic.
  • the activity carrier can be enclosed by filling it into a capsule and then closing it, or by means of electrodeposition of a cover layer, e.g. made of hard gold.
  • Electrolytes but is halogen-free, contains at least 1.5 g / 1 sulphate ions and has a pH of at most 4.
  • Ruthenium radiation sources for ophthalmology on the market are made by electrolytic deposition of ruthenium made from commercially available radioactive ruthenium (III) chloride solutions.
  • the thin layers obtained in this way with dose rates of 0.1 to 0.5 Gy / min. are sufficient for the use of the radiation source as an eye applicator in the tumor treatment of the eye.
  • these radiation sources are not suitable because they do not have the necessary dose rate due to the achievable only thin layers.
  • the object of the invention was therefore to provide radioactive ruthenium radiation sources for medical applications which should have a high dose rate and which, despite the necessary thickness of the active ruthenium layer, should have the necessary flexibility and geometry, for example in the intravascular treatment of vascular anomalies to be able to be used.
  • the object of the invention was also to demonstrate a method for producing such sources.
  • radioactive ruthenium-106 radiation sources which comprise an activity carrier and an enclosure of the carrier made of a body-compatible material, a multi-layer system made of metals and / or alloys having at least two layers of radioactive ruthenium being applied to the carrier exist and between the radioactive ruthenium layers there are inactive intermediate layers of other metals or alloys.
  • These radiation sources according to the invention have well-adhering ruthenium layers of the necessary thickness (and thus the necessary dose rate), which despite the typical bending stress, for example in the case of intravascular treatment of vascular anomalies, optically crack-free.
  • the radiation sources according to the invention are produced by electrolytic deposition of this multilayer system on a conductive carrier.
  • a galvanic radioactive ruthenium bath For the galvanic radioactive ruthenium bath,
  • RuNC anionic ruthenium complex [Ru 2 NCl8 (H 2 0) 2 ]
  • PPS sulfopropylpyridine
  • the RuNC electrolyte is produced in one step by hydrolysis of ruthenium (III) chloride solution, which for the purposes of the invention contains at least 8 Ci / g ruthenium, in an excess of amidosulfonic acid. This production is essentially known from the literature. Under the present active conditions, refluxing is replaced by tempering to about 90 ° C.
  • the electrolyte thus obtained can be used without further steps, so that, according to the invention, the preparation of the electrolyte is carried out directly in the electrolysis cell developed for the method according to the invention (cf. FIG. 1).
  • Gold, nickel, titanium or their alloys can be deposited as metals between the individual ruthenium layers. It is also possible according to the invention not to produce all intermediate layers from the same metal, but to use different metals for the intermediate layers. If the activity carrier produced according to the invention is to be enclosed by means of an electrodeposable cover layer, gold is preferably used here. In a preferred embodiment, the intermediate layers are also made of gold, it being possible to use commercially available galvanic gold baths from Degussa.
  • the “Auruna® 311” electrolyte for the first gold layer on the carrier which serves as an adhesion promoter between the carrier and the first ruthenium layer, and the “Auruna®” electrolyte for the intermediate layers 533 ". If the radiation source is to be enclosed by means of an electrodeposited cover layer, the Auruna® "533" electrolyte is also suitable for producing a hard gold layer.
  • supports made of brass, copper, alloyed steels, nickel, titanium or their alloys, silver, gold or platinum metals are suitable as metallic supports which also serve as cathode.
  • Nitinol or gold are preferably used as the carrier material.
  • surface-modified, ie, electrically conductive, polymers as supports.
  • the carrier can have any shape or form. It can also consist of several support elements, each of which has the multilayer system. A tube or several tubular elements, a single wire or an arrangement of several wires, a structured or unstructured film, a net, a rotationally symmetrical shaped body or a sphere can be used as the carrier. A wire or tube is preferably used.
  • tubular elements with a circular cross section which can particularly preferably consist of gold, are used as supports, the outer diameter of which is larger at each end than in intermediate section (see FIG. 2a).
  • the outer diameter of the tubular elements is up to 0.6 mm at the ends and up to 0.3 mm in the intermediate section.
  • the length of the elements is 0.5-70 mm, depending on the desired application and the necessary flexibility.
  • these tubular elements “threaded onto the wire” form the 106 Ru radiation source (cf. FIG. 3). Because the individual elements can be freely rotated, this radiation source is particularly flexible.
  • the pretreatment of the carrier used is of essential importance for the adhesive strength of the multilayer coating according to the invention. This must be degreased and any oxide layers and any adhering particles must be removed. If nitinol is used as a carrier, a final pickling with a mixture of hydrofluoric acid and hydrochloric acid has proven to be advantageous. In a preferred embodiment, a gold layer is applied as an adhesion promoter to the carrier made of nitinol as the first layer.
  • pre-gilding can of course be omitted. If tubular elements - as described above - are to be coated, the sections to be left free must be coated at the ends with a masking varnish.
  • the electrolytic deposition of the ruthenium layers according to the invention takes place in compliance with the following operating parameters:
  • the ruthenium concentration at the beginning of the electrolysis is typically 5 g / 1 and can drop to 0.2 g / 1 due to depletion of ruthenium.
  • the temperature should be between 60-75 ° C, preferably 70 ° C, the pH must be kept between 1.3-1.8.
  • the ruthenium concentration and the pH value are checked and adjusted at regular intervals.
  • ruthenium-106 radiation sources are thus provided which have sufficiently thick, well-adhering, crack-free, homogeneous and flexible radioactive ruthenium layers.
  • radioactive ruthenium layers with a thickness of up to 5 ⁇ m are achieved.
  • ruthenium-106 total layer thicknesses of up to 30 ⁇ m are achieved, whereby as Total layer thickness is understood as the sum of all radioactive ruthenium layers.
  • the ruthenium radiation sources produced from these multi-coated ruthenium activity carriers have a dose rate of at least 1.5 to 15 Gy per min at a distance of 2 mm (in water).
  • the electrolysis cell preferably used according to the invention consists of a vessel 1 with a double jacket 7 for temperature control.
  • the dimensions of the electrolysis vessel 1 must meet the requirement for a minimum working volume.
  • the working volume should preferably not exceed 5 ml.
  • the electrolysis vessel 1 must be suitable for the preparation and adjustment of the electrolyte in such a way that the addition of liquids via an opening 10 and stirring of the electrolyte by means of a stirrer 5 is possible.
  • the cathode 2 must also be able to be positioned in the electrolyte in accordance with the desired active length.
  • the electrolytic cell 1 was designed in such a way that the cathode 2 is connected to a device for opening the working space 3.
  • the anode 4 coaxially surrounds the cathode 2.
  • the electrolysis vessel 1 contains an element for the extraction of gases and vapors 6, so that a slight negative pressure can be permanently applied.
  • FIG. 2 shows the tubular support elements used in a preferred embodiment, a) without and b) with a coating.
  • Fig. 3 shows the coated on a wire "tubular" coated tubular elements in their
  • Example 1 Electrolytic generation of radioactive ruthenium layers by using nitinol wire with a diameter of 0.3-0.5 mm and the intermediate layers and the cover layer being made of gold.
  • Pre-gilding serves to promote adhesion between the substrate and the Ru layer.
  • the commercial electrolyte Auruna® 311 was chosen as gold. A previous acid activation is already given by the pickling. Gold is also suitable as an intermediate layer between the Ru deposits, with the electrolyte Auruna® 533 being selected.
  • the preactivation is carried out by pickling with sulfuric acid (5%, RT, 0.5 min). Both electrolytes are cyano-gold complexes from Degussa. 12
  • Auruna® 533 (Degussa, 8 g / 1, 35 ° C, 7 mm, 1 A / dm 2 )
  • the Ru complex RuNC is used as an electrolyte.
  • the preparation takes place in advance directly in the specially developed electrolysis cell.
  • the electrolyte was modified by adding PPS (sulfopropyl pyrid, 3 g / 1, from Raschig).
  • the operating parameters of Ru electrolysis are: -Ru concentration range 4.8-0.2 g / 1 Ru
  • this can also be made of hard gold (analogous to the intermediate layers using Auruna® 533).
  • Radioactive ruthenium radiation source by electrolytic production of radioactive ruthenium layers on a conductive support, by coating a nitinol tube or wire with an outer diameter of 0.2-0.6 mm over a length of 0.5-7 cm and intermediate layers as well the gold top layer can be used. 13
  • the quality parameters of the top layer must guarantee freedom from pores against the washing out of radioactive soot and freedom from cracks under typical mechanical stress and wear resistance against abrasion on HD-PE.
  • Such a cover layer can be produced from hard gold (see example 1).
  • the elements are made of gold and can only be coated with ruthenium on the thin, intermediate sections. This object is achieved in that sections to be left free are covered with a non-conductive masking lacquer.
  • the carriers are pretreated as described in Example 1, with the omission of step 4.
  • Example. 1 The cover layer is applied as described in Example 1. Since the cover layer is to be applied to the masked Rohrab ⁇ cuts, of these, the masking lacquer by dissolving in acetone is removed.
  • the tubular members thus produced unit length ⁇ Licher be pushed onto a wire and secured at the ends against falling out (for example by welding an end piece).
  • Pipe-like parts with different outer diameters in sections are used as carriers
  • the elements are made of gold or titanium and can only be coated with ruthenium on the thin, intermediate sections. This object is achieved in that sections to be left free with a non-conductive
  • the carriers are pretreated as described in Example 1.
  • the ruthenium deposition is carried out as in Example 1.
  • the Maskie ⁇ approximately lacquer by dissolving in acetone is removed.
  • the gold top layer is not applied. Instead, the tubular parts are inserted into a larger tube of the same material.
  • the uncoated edge of the carrier activity ⁇ (outer diameter 0.28 mm) is welded tubes with the closure at the ends.
  • the now encapsulated tubular elements of uniform length are pushed onto a wire and fixed at both ends.
  • different numbers of bodies can be threaded.
  • the individual free rotatability of the individual bodies provides flexibility in the overall arrangement.
  • the encapsulation of the individual bodies provides increased stability and, in particular, greater abrasion resistance.

Abstract

Die Erfindung betrifft radioaktive Ruthenium-Strahlenquellen mit einer Dosisleistung von mindestens 1,5 Gy/min in 2 mm Abstand (Wasser), die aus einem Aktivitätsträger und einer Umschließung des Trägers aus einem körperverträglichen Material bestehen, wobei auf den Träger ein Mehrschichtsystem aus Metallen und/oder Legierungen galvanisch aufgebracht ist, in welchem mindestens zwei Schichten aus Ruthenium-106 bestehen, und zwischen den radioaktiven Ruthenium-Schichten inaktive Zwischenschichten anderer Metalle oder Legierungen vorhanden sind. Der Aktivitätsträger ist mit einem körperverträglichen Material, z.B. einem Metall oder Kunststoff, umschlossen. Das Umschließen des Aktivitätsträgers kann durch Einfüllen in eine Kapsel und anschließendes Verschließen oder mittels galvanischer Abscheidung einer Deckschicht, z.B. aus Hartgold, erfolgen.

Description

Medizinische radioaktive Ruthenium- Strahlenquellen hoher Dosisleistung und Verfahren zur Herstellung: dieser
Beschreibung
Die Erfindung betrifft radioaktive Ruthenium- Strahlenquellen mit einer Dosisleistung von mindestens 1,5 Gy/min in 2 mm Abstand (Wasser), di e aus einem Aktivitätsträger und einer Umschließung des Trägers aus einem körperverträglichen Material bestehen, wobei auf den Träger ein Mehrschichtsystem aus Metallen und/oder Legierungen galvanisch aufgebracht ist , in welchem mindestens zwei Schichten aus Ruthenium-106 bestehen, und zwischen den radioaktiven Ruthenium-Schichten inaktive Zwischenschichten anderer Metalle oder Legierungen vorhanden sind.
Der Aktivitätsträger ist mit einem körperverträglichen Material, z.B. einem Metall oder Kunststoff, umschlossen. Das Umschließen des Aktivitätsträgers kann durch Einfüllen in eine Kapsel und anschließendes Verschließen oder mittels galvanischer Abscheidung einer Deckschicht, z.B. aus Hartgold, erfolgen.
Die galvanische Abscheidung nicht radioaktiver Rutheniumüberzüge auf verschiedenen Substraten ist aus der Literatur gut bekannt. Es werden für diesen Zweck verschiedene Elektrolyten mit den unterschiedlichsten Zusätzen beschrieben. Dabei geht es um die Abscheidung gut haftender, ausreichend dicker und trotzdem glänzender und rissfreier Überzüge. So wird beispielsweise in TIMF 47 (1969) 5, S. 187-193 m dem Artikel von G.S. Reddy et al . "Electrodeposition of Ruthenium" der anionische Ruthenium-Komplex (NH4)3[Ru2NCl8 (H20)2] als Elektrolyt beschrieben, mit dem stabile Bader und glanzende Ruthenium-Uberzuge erhalten werden.
DE-OS 2261944 kommt zu dem Schluß, daß die mit derartigen Badern hergestellten Überzüge nur bis zu einer Dicke von etwa 2-3 μm glänzend sind und daß mit zunehmender Dicke Oberflachenrisse auftreten. In diesem Dokument wird deshalb ein modifiziertes galvanisches Bad vorgeschlagen, mit dem 5 μm dicke Ruthenium- Schichten erhalten werden sollen. Das Bad enthalt ebenfalls eine komplexe Ruthenium-Verbindung mit der Stickstoffbrucke Ru N Ru (hergestellt aus dem o. g.
Elektrolyten) , ist aber halogenfrei, enthalt mindestens 1,5 g/1 Sulphationen und hat einen pH-Wert von höchstens 4.
Da allerdings die elektrolytische Abscheidung von Ruthenium auf Kupfer, Nickel oder Nickel-Eisen-Legie- rungen unter sauren Bedingungen für Anwendungen m der Elektrotechnik nicht befriedigend verlauft und das Substrat deshalb zunächst mit einer dünnen Schicht aus Gold oder einem anderen geeigneten Material überzogen werden muß, werden m einigen Dokumenten des Standes der Technik auch alkalische oder neutrale Bader mit komplexen Ruthenium-Verbindungen, die eine Ru N Ru-
Stickstoffbrucke enthalten, beschrieben, so z. B. m GB 1520140 von 1978 (alkalisch) und in EP 0 018 165 von 1980 (Zusatz von Oxalsäure, pH-Wert 7, Membranzelle) .
Zur Abscheidung radioaktiver Ruthenium-Schichten ist aus der Literatur zunächst die franzosische Patent- schrift FR PS 1206612 (1956 eingereicht) bekannt. Diese beschreibt im wesentlichen nicht-radioaktive elektroly¬ tische Abscheidungen basierend auf einem Elektrolysebad aus Ruthenium (IV) chloridlösung bei 95-100°C. Es wird eine Beschichtung von 4 mg/cm2 beschrieben, die einer Schichtdicke von ca. 3μm entspricht. Darüberhinaus wird in der Schrift festgestellt, daß mit dieser Methode Schichtdicken von bis zu 8 mg/cm2 möglich wären. Dies entspräche einer Schichtdicke von ca. 6μm. Die aus der Literatur mittlerweile gut bekannte Problematik der Rißbildung bei Schichtdicken oberhalb von 3μm wird in diesem frühen Dokument noch nicht erwähnt. Schließlich kommt die Patentschrift zu dem Schluß, daß mit diesem Verfahren auch die Herstellung radioaktiver Quellen möglich wäre, ohne dabei aufzuzeigen, wie solche Quel- len mit ausreichend stabilen Schichten für medizinische Anwendungen erhalten werden könnten.
Ein praktischer Einsatz von radioaktivem Ruthenium wird dagegen in "Isotopenpraxis", 2. Jahrgang, Heft 4 (1966) , Seiten 189-193 beschrieben. Es wird eine Abscheidung aus stark verdünnten, inaktiven Ruthenium (III) chlorid-Lösungen unter Zusatz von 30-70 μCi Ru als Tracer durchgeführt.
Allerdings zeigte sich bei der dort beschriebenen Abscheidung, daß keine mechanisch stabilen Schichten von nennenswerter Dicke erhalten werden können und daß eine gleichmäßige Aktivitätsverteilung auf den Präparaten nur bei sehr langsamer Abscheidung zu erzielen ist. Für medizinische Anwendungen können derartige Quellen nur sehr begrenzt eingesetzt werden.
Am Markt befindliche Ruthenium-Strahlenquellen für die Ophthalmologie werden durch elektrolytische Abscheidung des Rutheniums aus kommerziell erhältlichen radio¬ aktiven Ruthenium (III) chlorid-Lösungen hergestellt. Die hierbei erhaltenen dünnen Schichten mit Dosisleistungen von 0.1 bis 0.5 Gy / min. reichen für die Anwendung der Strahlenquelle als Augenapplikator in der Tumorbe- handlung des Auges aus. Zur Behandlung von Gefäßano¬ malien sind diese Strahlenquellen jedoch nicht geeignet, da sie aufgrund der nur erreichbaren dünnen Schichten nicht die nötige Dosisleistung aufweisen.
Aufgabe der Erfindung war es deshalb, radioaktive Ruthenium-Strahlenquellen für medizinische Anwendungen bereitzustellen, di e eine hohe Dosisleistung aufweisen sollen und die trotz der notwendigen Dicke der aktiven Rutheniumschicht die nötige Flexibilität und Geometrie besitzen sollen, um beispielsweise bei der intravas- culären Behandlung von Gefäßanomalien eingesetzt werden zu können. Aufgabe der Erfindung war es auch, ein Verfahren zur Herstellung solcher Quellen aufzuzeigen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch radioaktive Ruthenium-106-Strahlenquellen gelöst, die einen Aktivitätsträger und eine Umschließung des Trägers aus einem körperverträglichen Material umfassen, wobei auf den Träger ein Mehrschichtsystem aus Metallen und/oder Legierungen aufgebracht ist, in welchem mindestens zwei Schichten aus radioaktivem Ruthenium bestehen und zwischen den radioaktiven Rutheniumschichten inaktive Zwischenschichten anderer Metalle oder Legierungen vorhanden sind.
Diese erfindungsgemäßen Strahlenquellen weisen gut haftende Ruthenium-Schichten der notwendigen Dicke (und damit die nötige Dosisleistung) auf, die trotz anwendungstypischer Biegebelastung, z.B. bei der intravasculären Behandlung von Gefäßanomalien, optisch rißfrei bleiben.
Die erfindungsgemäßen Strahlenquellen werden durch elektrolytische Abscheidung dieses Mehrschichtsystems auf einem leitfähigen Träger hergestellt. Für das galvanische radioaktive Rutheniumbad wird erfindungsge-
3- mäß der anionische Ruthenium-Komplex [Ru2NCl8 (H20) 2] (RuNC) eingesetzt, wobei die Kationen Ammonium- oder Kaliumionen sein können. Es hat sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft erwiesen, dem Elektrolyten Sulfopropylpyridin (PPS) zuzusetzen, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 10 mg pro ml Elektrolyt. Die Herstellung des Elektrolyten RuNC erfolgt in einem Schritt durch Hydrolyse von Rutheniu (III) chlorid-Lösung, die für die Zwecke der Erfindung mindestens 8 Ci/g Ruthenium enthält, in einem Überschuß von Amidosulfon- säure. Diese Herstellung ist im wesentlichen aus der Literatur bekannt. Unter den vorliegenden aktiven Bedingungen wird das Kochen unter Rückfluß durch ein Temperieren auf ca. 90°C ersetzt. Der so erhaltene Elektrolyt ist ohne weitere Schritte einsatzfähig, so daß erfindungsgemäß die Präparation des Elektrolyten direkt in der für das erfindungsgemäße Verfahren entwickelten Elektrolysezelle (vgl. Fig. 1) durchgeführt wird.
Als Metalle könnnen zwischen den einzelnen Rutheniumschichten Gold, Nickel, Titan oder deren Legierungen abgeschieden werden. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, nicht alle Zwischenschichten aus demselben Metall herzustellen, sondern für die Zwischenschichten verschiedene Metalle zu verwenden. Soll der erfindungsgemäß hergestellte Aktivitätsträger mittels einer galvanisch abscheidbaren Deckschicht umschlossen werden, so kommt hier vorzugsweise Gold in Frage. In einer bevorzugten Ausführungsform werden auch die Zwischenschichten aus Gold erzeugt, wobei kommerziell erhältliche galvanische Goldbäder der Fa. Degussa verwendet werden können. So hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, für die erste Goldschicht auf dem Träger, die als Haftvermittler zwischen dem Träger und der ersten Ruthenium-Schicht dient, den Elektrolyten "Auruna® 311" zu wählen und für die Zwischenschichten den Elektrolyten "Auruna® 533". Soll die Strahlenquelle mittels einer galvanisch abgeschiedenen Deckschicht umschlossen werden, so ist auch hier der Elektrolyt Auruna® "533" zur Erzeugung einer Hartgoldschicht geeignet.
Als metallische Träger, die gleichzeitig als Kathode dienen, kommen erfindungsgemäß Träger aus Messing, Kupfer, legierte Stähle, Nickel, Titan oder deren Legierungen, Silber, Gold oder Platinmetalle in Frage. Vorzugsweise finden Nitinol oder Gold als Trägermaterial Verwendung. Es ist erfindungsgemäß auch mög- lieh, oberflächenmodifizierte, d.h. elektrisch leitfähig gemachte Polymere als Träger einzusetzen. Der Träger kann jede beliebige Gestalt oder Form haben. Er kann auch aus mehreren Trägerelementen bestehen, die jeweils das Mehrschichtsystem aufweisen. Als Träger können ein Rohr oder mehrere rohrförmige Elemente, ein Einzeldraht oder eine Anordnung aus mehreren Drähten, eine strukturierte oder unstrukturierte Folie, ein Netz, ein rotationssymmetrischer Formkörper oder eine Kugel eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Draht oder ein Rohr eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden als Träger rohrförmige Elemente mit kreisförmigem Querschnitt, die besonders bevorzugt aus Gold bestehen können, eingesetzt, deren Außendurchmesser jeweils an den Enden größer ist als im dazwischenliegenden Abschnitt (vgl. Fig. 2a). Der Außendurchmesser der rohrförmigen Elemente beträgt in einer bevorzugten Variante an den Enden bis zu 0, 6 mm und im dazwischenliegenden Abschnitt bis zu 0,3 mm. Die Länge der Elemente beträgt von 0,5-70 mm, je nach gewünschtem Anwendungszweck und notwendiger Flexibilität. Nach erfindungsgemäßer Beschichtung des zwischenliegenden Abschnittes, vorzugsweise mit mehreren Ru¬ theniumschichten und einer Deckschicht, werden diese rohrförmigen Elemente, die nun über die gesamte Länge einen einheitlichen Außendurchmesser von beispielsweise 0,6 mm aufweisen (vgl. Fig. 2b), auf einen flexiblen Draht aufgeschoben und an den Enden gegen Herausfallen gesichert (z.B. durch Anschweißen eines Endstückes). In ihrer Gesamtheit bilden diese auf den Draht "aufgefä- delten" rohrförmigen Elemente, die 106Ru-Strahlenquelle (vgl. Fig. 3). Durch die individuelle freie Drehbarkeit der einzelnen Elemente ist eine besonders gute Flexibilität dieser Strahlenquelle gegeben.
Eine wesentliche Bedeutung für die Haftfestigkeit des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Überzuges hat die Vorbehandlung des verwendeten Trägers. Dieser muß entfettet werden, und es müssen eventuell vorhandene Oxidschichten und gegebenenfalls festhaftende Partikel entfernt werden. Im Falle der Verwendung von Nitinol als Träger hat sich ein abschließendes Beizen mit einem Gemisch aus Flußsäure und Salzsäure als vorteilhaft erwiesen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf die Träger aus Nitinol als erste Schicht eine Goldschicht als Haftvermittler aufgebracht.
Im Falle der Träger aus Gold kann eine Vorvergoldung selbstverständlich entfallen. Sollen rohrförmige Elemente - wie oben beschrieben - beschichtet werden, so müssen die freizubleibenden Abschnitte an den Enden mit einem Maskierungslack beschichtet werden.
Die erfindungsgemäße elektrolytische Abscheidung der Ruthenium-Schichten verläuft unter Einhaltung der folgenden Betriebsparameter: Die Rutheniumkonzentration beträgt am Anfang der Elektrolyse typischerweise 5 g/1 und kann durch Verarmung an Ruthenium bis auf 0,2 g/1 absinken. Die Temperatur sollte zwischen 60-75°C, vorzugsweise 70°C, betragen, der pH-Wert muß zwischen 1,3-1,8 gehalten werden. Die Rutheniumkonzentration und der pH-Wert werden in regelmäßigen Abständen kontrolliert und eingestellt.
Erfindungsgemäß werden so Ruthenium-106-Strahlenquellen bereitgestellt, die ausreichend dicke, gut haftende, rissfreie, homogene und flexible radioaktive Ruthenium- Schichten aufweisen.
Es hat sich gezeigt, daß zum Erreichen von Schichtdicken >7μm unbedingt metallische Zwischenschichten aufgetragen werden müssen. Nur dadurch wird die notwendige mechanische Stabilität erreicht, die für eine Anwendung als radioaktive Strahlenquelle einer bestimmten Geometrie erforderlich ist, und nur so bleibt die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Be- Schichtung auch auf flexiblen Trägern wie z. B. einem Draht trotz anwendungstypischer Biegebelastung in Strahlenquellen optisch rißfrei.
Erfindungsgemäß werden bei Einstellung von Stromdichten zwischen 0,25-0,35 A/dm2 radioaktive Ruthenium- Schichten mit einer Dicke bis zu jeweils 5 μm erreicht. Durch Mehrfachbeschichtung unter Einbeziehung metallischer Zwischenschichten werden Ruthenium-106-Gesamt- schichtdicken von bis zu 30μm erreicht, wobei als Gesamtschichtdicke die Summe aller radioaktiven Ruthenium-Schichten verstanden wird. Die aus diesen mehrfach beschichteten Ruthenium-Aktivitätsträgern hergestellten Ruthenium-Strahlenquellen besitzen eine Dosisleistung von mindestens 1,5 bis zu 15 Gy pro min in 2 mm Abstand (in Wasser) .
Zur Präparation des Elektrolyten und zur anschließenden elektrolytischen Ruthenium-Abscheidung wurde erfindungsgemäß eine spezielle Elektrolysezelle entwickelt. Die erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Elektrolysezelle besteht aus einem Gefäß 1 mit Doppelmantel 7 zur Temperierung. Das Elektrolysegefäß 1 muß in seinen Abmessungen der Forderung nach minimalem Arbeitsvolumen genügen. Vorzugsweise sollte das Arbeitsvolumen 5 ml nicht überschreiten. Außerdem muß das Elektrolysegefäß 1 für die Präparation und Einstellung des Elektrolyten in der Weise geeignet sein, daß die Zugabe von Flüssigkeiten über eine Öffnung 10 und ein Rühren des Elektrolyten mittels Rührer 5 möglich ist. Auch muß die Kathode 2 entsprechend der gewünschten aktiven Länge in den Elektrolyten positioniert eintauchen können. Erfindungsgemäß wurde die Elektrolysezelle 1 so gestaltet, daß die Kathode 2 mit einer Einrichtung zum Öffnen des Arbeitsraumes 3 verbunden ist. Die Anode 4 umgibt in einer bevorzugten Anordnung die Kathode 2 koaxial. Oberhalb des Flüssikeitsstandes des Elektrolyten beinhaltet das Elektrolysegefäß 1 ein Element zur Absaugung von Gasen und Dämpfen 6, so daß permanent ein leichter Unterdruck angelegt werden kann.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle dargestellt. 10
Fig. 2 zeigt die in einer bevorzugten Ausführungsform eingesetzten rohrförmigen Trägerelemente a) ohne und b) mit Beschichtung.
Fig. 3 zeigt die auf einen Draht "aufgef delten" beschichteten rohrförmigen Elemente, die in ihrer
Gesamtheit die Ruthenium-106-Strahlenquelle darstellen.
11
Ausführungsbeispiele
1. Beispiel : Elektrolytische Erzeugung von radioaktiven Ruthenium- Schichten, indem Nitinol-Draht von 0,3-0,5 mm Durchmesser verwendet wird und die Zwischenschichten sowie die Deckschicht aus Gold hergestellt werden.
1 . Vorbehandl ung
Prozeßfolge der Vorbehandlung (dazwischen Spülschritte) :
1. Ultraschall-Entfettung [40 g/1, 60 °C, 2 min, Sloto- clean AK 1190 (Fa. Schlötter) ] 2. Kathodisches Entfetten [100 g/1, RT, 0,3 min., Sloto- clean EL-KG (Fa. Schlötter)]
3. Anodisches Aktivieren (Schwefelsäure 5%, RT, 0,25 min)
4. Beizen [HF/HC1 (4%, 18%), RT, 0,25 min] (gegebenenfalls 3. und 4. zyklisch wiederholen)
2. Zwischenschi ch ten
Eine Vorvergoldung dient als Haftvermittlung zwischen dem Substrat und der Ru-Schicht. Es wurde als Vorgold der kommerzielle Elektrolyt Auruna® 311 gewählt. Eine vorhergehende Säureaktivierung ist durch das Beizen bereits gegeben. Als Zwischenschicht zwischen den Ru- Abscheidungen eignet sich ebenfalls Gold, wobei der Elektrolyt Auruna® 533 gewählt wurde. Die Voraktivierung erfolgt durch Dekapieren mit Schwefelsäure (5%, RT, 0,5 min). Beide Elektrolyten sind Cyano-Gold- Komplexe der Fa. Degussa. 12
Prozeßparameter:
Vorgold: Auruna® 311 (Fa. Degussa, 2 g/1, RT, 10 min,
2A/dm2) Zwischenschichten:
Auruna® 533 (Fa. Degussa, 8 g/1, 35°C, 7 mm, 1 A/dm2)
3. Ru-Äbscheidung
Der Ru-Komplex RuNC wird als Elektrolyt benutzt. Die Praparation erfolgt vorab direkt m der speziell entwickelten Elektrolysezelle. Der Elektrolyt wurde durch Zusatz von PPS (Sulfopropylpyridm, 3 g/1, Fa. Raschig) modifiziert.
Die Betriebsparameter der Ru-Elektrolyse sind: -Ru-Konzentrationsbereich 4,8-0,2 g/1 Ru
-Stromdichte: 0, 25-0, 35 A/dm2
-Temperatur: 70°C
-pH-Wert: 1,3-1,8
-Badbewegung: keine -Elektrolytvolumen (max. 5 ml)
4. Deckschicht
Für Anwendungsfalle, wo eine Deckschicht erforderlich ist, laßt sich diese ebenfalls aus Hartgold erzeugen (analog den Zwischenschichten mit Hilfe Auruna® 533) .
2. Beispiel :
Herstellung einer radioaktiven Ruthenium-Strahlenquelle durch elektrolytische Erzeugung von radioaktiven Ruthenium-Schichten auf einem leitfähigen Trager, indem ein Nitinolrohr oder -draht von 0,2 - 0,6 mm Außendurchmesser auf einer Lange von 0,5 - 7 cm beschichtet wird und Zwischenschichten sowie die Deckschicht aus Gold verwendet werden. 13
1. Vorbehandlung wie in Beispiel 1
2. Zwischenschichten wie in Beispiel 1
3. Ru-Abscheidung wie in Beispiel 1
4. Deckschicht
Die Deckschicht muß im Sinne der Herstellung einer umschlossenen Strahlenquelle in ihren Qualitätsparametern Porenfreiheit gegen Auswaschung von radioaktivem Ru und Rißfreiheit bei anwendungstypischer mechanischer Belastung sowie Verschleißtestigkeit gegenüber Abrieb an HD-PE garantieren. Eine derartige Deckschicht läßt sich aus Hartgold erzeugen ( siehe Beispiel 1 ) .
3. Beispiel
Herstellung einer radioaktiven Ruthenium-Strahlenquelle unter Verwendung rohrförmiger Elemente mit an den Enden größerem Außendurchmesser.
Es werden rohrartige Teile mit abschnittsweise unterschiedlichem Außendurchmesser als Träger eingesetzt (Gesamtlänge: 1,3mm, Durchmesser an den Enden: 0,3mm, Durchmesser im dazwischenliegenden Abschnitt = 0,2mm, Länge des Zwischenabschnittes 1mm) .
Die Elemente bestehen aus Gold und sind nur an den dünnen, zwischenliegenden Abschnitten mit Ruthenium zu beschichten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß freizubleibende Abschnitte mit einem nichtleitenden Maskierungslack bedeckt werden.
Die Vorbehandlung der Träger erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben unter Weglassen von Schritt 4. Eine Vor- 14
Vergoldung ist nicht notwendig. Die Ruthenium-Abschei¬ dung wird wie in Beispiel 1 vorgenommen. Die Deckschicht wird wie im Beispiel 1 beschrieben aufgebracht. Da die Deckschicht auch auf die maskierten Rohrab¬ schnitte aufgebracht werden soll, wird von diesen der Maskierungslack mittels Auflösen in Aceton entfernt.
Die so hergestellten rohrförmigen Elemente einheit¬ licher Länge werden auf einen Draht aufgeschoben und an den Enden gegen Herausfallen gesichert (z.B. durch Anschweißen eines Endstückes) .
Je nach Anwendungstyp können unterschiedlich viele Körper aufgefädelt werden. Durch die individuelle freie Drehbarkeit der Einzelkörper ist eine Flexibilität der Gesamtandordnung gegeben.
4 . Beispiel
Herstellung einer radioaktiven Strahlenquelle, ausge- legt für besondere mechanische Beanspruchung, unter
Verwendung rohrförmiger Elemente mit an den Enden größerem Außendurchmesser.
Es werden rohrartige Teile mit abschnittsweise unter- schiedlichem Außendurchmesser als Träger eingesetzt
(Gesamtlänge: 1,3mm, Durchmesser an den Enden: 0,28mm,
Durchmesser im dazwischenliegenden .Abschnitt 0,2mm,
Länge des Zwischenabschnittes 1mm) . Die Elemente bestehen aus Gold bzw. aus Titan und sind nur an den dünnen, zwischenliegenden Abschnitten mit Ruthenium zu beschichten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß freizubleibende Abschnitte mit einem nichtleitenden
Maskierungslack bedeckt werden. 15
Die Vorbehandlung der Träger erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ruthenium-Abscheidung wird wie in Beispiel 1 vorgenommen. Anschließend wird der Maskie¬ rungslack durch Lösen in Aceton entfernt. Die Gold-Deckschicht wird jedoch nicht aufgebracht. Stattdessen werden die rohrförmigen Teile in ein größeres Röhrchen gleichen Materials eingeführt. An den Enden wird der unbeschichtete Rand des Aktivitäts¬ trägers (Außendurchmesser 0,28mm) mit dem Verschluß- röhrchen verschweißt.
Die nunmehr verkapselten rohrförmigen Elemente einheitlicher Länge werden auf einen Draht geschoben und an beiden Enden fixiert. Je nach Anwendungstyp können unterschiedlich viele Körper aufgefädelt werden. Durch die individuelle freie Drehbarkeit der Einzelkörper ist eine Flexibilität der Gesamtandordnung gegeben. Durch die Verkapselung der Einzelkörper wird eine erhöhte Stabilität und insbesondere eine größere Abriebfestigkeit erreicht.
16
Bezugszeichenliste :
Fig. 1 Elektrolysegefäß
2 Kathode
3 Vorrichtung zum Öffnen des Arbeitsraumes
4 Anode
5 Magnetrührer 6 Element zur Luftabsaugung
7 Doppelmantel
8 Blei-Abschirmung
9 Anodenkontaktierung
10 Öffnung für Zugabe von Flüssigkeiten
Fig. 2
1 Mehrfachbeschichtung enthaltend mindestens zwei Ru- 106-Schichten 2 Umschließung
Fig. 3
1 Mehrfachbeschichtung enthaltend mindestens zwei Ru- 106-Schichten
2 Umschließung
3 Draht

Claims

17Patentansprüche
1. Medizinische radioaktive Ruthenium-Strahlenquelle mit einer Dosisleistung von mindestens 1,5 Gy/min in 2 mm Abstand (in Wasser) umfassend einen Aktivitätsträger und eine Umschließung des Trägers aus einem körperverträglichen Material, wobei auf den Träger ein Mehrschichtsystem aus Metallen und/oder Legierungen aufgebracht ist, in welchem mindestens zwei Schichten aus radioaktivem Ruthenium bestehen und zwischen den radioaktiven
Rutheniumschichten inaktive Zwischenschichten anderer Metalle oder Legierungen vorhanden sind.
2. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Messing, Kupfer, legierter Stahl, Nickel, Titan oder deren Legierungen, Silber, Gold oder Platinmetall ist, vorzugsweise Nitinol oder Gold.
3. Strahlenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inaktiven Zwischenschichten des Mehrschichtsystems aus Gold, Nickel, Titan oder deren Legierungen bestehen, vorzugsweise aus Gold.
4. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtschichtdicke der radioaktiven Ruthenium- Schicht mindestens 7μm beträgt, wobei die Gesamtschichtdicke die Summe aller radioaktiven Rutheniumschichten ist.
Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivitätsträger aus mehreren Trägerelementen besteht, die jeweils das Mehrschichtsystem gemäß Anspruch 1 aufweisen.
6. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivitätsträger ein Rohr oder eine Anordnung aus mehreren rohrförmigen Elementen, ein Einzel- draht oder eine Anordnung aus mehreren Drähten, eine strukturierte oder unstrukturierte Folie, ein Netz, ein rotationssymmetrischer Formkörper oder eine Kugel ist.
7. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivitätsträger eine Anordnung aus mehreren rohrförmigen Elementen mit kreisförmigem Querschnitt darstellt, die auf einen Draht aufgeschoben und an den Enden fixiert sind.
8. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung des Aktivitätsträgers eine auf dem Mehrschichtsystem galvanisch abgeschiedene Metallschicht ist, vorzugsweise Gold.
9. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung des Aktivitätsträgers eine Kapsel aus Metall oder Kunststoff ist, vorzugsweise in Rohrform. 19
10. Verfahren zur Herstellung von medizinischen radioaktiven Ruthenium-Strahlenquellen durch elektrolytische Abscheidung von radioaktivem Ruthenium auf einem Träger, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen leitfähigen Träger ein Mehrschichtsystem aus Metallen und/oder Legierungen galvanisch aufgebracht wird, wobei mindestens zwei dieser Schichten aus radioaktivem Ruthenium erzeugt werden und zwischen den radioaktiven Rutheniumschichten inaktive Zwischenschichten anderer Metalle oder Legierungen aufgebracht werden, und der so erhaltene Aktivitätsträger von einem körperverträglichen Material umschlossen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Bad zur Abscheidung einer Schicht, die radioaktives Ruthenium enthält, auf einem Elektrolyt mit dem anionischen Ruthenium-Komplex
3_
[Ru2NCl8 (H20) 2] basiert, der ohne Zwischenschritte durch Hydrolyse aus radioaktiver Ruthenium-
(III) chlorid-Lösung unter Zusatz von Amidosulfon- säure im Überschuß hergestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Ruthenium-Bad Sulfopropylpyridin (PPS) als Zusatz enthält. 20
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Elektrolyten und die galva¬ nische Ruthenium-Abscheidung in der selben Elektrolysezelle erfolgen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolysezelle eine Zelle verwendet wird, die aus einem Gefäß (1) mit Doppelmantel (7) zur Temperierung besteht, deren Kathode (2) mit einer
Einrichtung zum Öffnen des Arbeitsraumes (3) verbunden ist, deren Anode (4) die Kathode (2) koaxial umgibt und deren Gefäß (1) oberhalb des Flüssigkeitsstandes des Elektrolyten ein Element zur Absaugung von Gasen und Dämpfen (6) und eine
Öffnung für die Zugabe von Flüssigkeiten (10) beinhaltet.
15. Verfahren Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für inaktive Zwischenschichten die kein radioaktives Ruthenium enthalten, Gold aus einem üblichen galvanischen Goldbad, das einen Cyano- Gold-Komplex als Elektrolyt enthält, abgeschieden wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial Messing, Kupfer, legierte Stähle, Nickel, Titan oder deren Legierungen,
Silber, Gold oder Platinmetalle eingesetzt werden, die gleichzeitig die Kathode bilden. 21
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger rohrförmige Elemente mit kreisförmigem Querschnitt eingesetzt werden, deren Außendurch- messer jeweils an den Enden größer ist als im dazwischenliegenden Abschnitt, und die nach Beschichtung des dazwischenliegenden Abschnittes auf einen Draht aufgeschoben und an den Enden fixiert werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß rohrförmige Elemente mit einem Außendurchmesser an den Enden bis zu 0,6 mm und mit einem Außen- durchmesser des dazwischenliegenden zu beschichtenden Abschnittes bis zu 0,3 mm eingesetzt werden.
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