一种Click标记合成PET显像剂的微反应器及其制备和反应方法与流程

本发明涉及一种click标记合成pet显像剂的微反应器，该反应器可以用于合成同位素标记pet显像剂。

背景技术

pet(positronemissiontomography，正电子发射断层显像)是一种全新的无创核医学分子影像技术，它利用放射性示踪的原理，根据使用不同的放射性同位素标记显像剂(pet显像剂)，高度敏感的显示组织器官生理、生化方面的改变。显像剂是pet与核医学的关键，pet所采用的显像剂是用放射性核素¹¹c、¹³n、¹⁵o、¹⁸f(类氢)等标记的药物，因所用放射性核素的半衰期短，不可能作为商品购置储存，所以在进行pet显像时，必须在生产放射性核素现场尽快标记合成制备pet显像剂，并在限定的时间内就地就近使用。由于每次使用的显像剂的用量极微(通常相当于近纳摩尔量级)，且要求合成、纯化耗时尽量短，因此这种快速超微量合成制备对工艺、设备及其自动化控制的要求极高。

叠氮与炔的1，3-偶极环加成反应是点击化学(clickchemistry)中的代表性反应，具有反应速度快、条件温和、操作简单，对氧和水不敏感，反应选择性和产率高的优点。由于生成的三氮唑连接基团具有良好的生物相容性，使点击化学辅基标记(clicklabeling)策略在pet显像剂和生物标记合成中得到了广泛应用，而铜催化的叠氮和端炔的环加成反应(cuaac)是最经典最成熟的应用于分子影像学中的方法。

在微反应器中进行pet显像剂的合成具有显著优势。首先，微反应器合成系统可以操控非常小的反应体积，因此反应物的相对浓度高，反应速率快，从而可以大大降低底物的使用量，降低纯化的难度。其次，可以极大的缩短合成时间，真正实现按需生产。第三，能显著提高反应的放化产率。第四，反应体系小，降低防护成本，提高安全性。第五，反应芯片功能扩展性强，可以充分满足科研需要。

目前用于合成pet显像剂的微反应器主要有微流控芯片反应器、连续流微管反应器和微池型反应器等几类。在由程序控制的合成过程中，参与反应的试剂和催化剂的溶液通过管路注入反应器，消耗时间，增加了反应体系的体积和操作量，并延长了合成制备的时间。

技术实现要素：

在现有的程序控制合成过程中，参与反应的试剂和催化剂的溶液按照合成工艺流程通过管路注入反应器，消耗时间，增加了反应体系的体积和操作量，并延长了合成制备的时间。本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种click标记合成pet显像剂的微反应器，该反应器可以用于合成同位素标记pet显像剂。

本发明具体采用的技术方案如下：

click标记合成pet显像剂的微反应器，该微反应器主体为金属或玻璃的中空管体，所述的中空管体内壁通过修饰形成凹凸不平的非光滑表面；中空管体内壁上分散固定有click标记物前体化合物和标记反应的催化剂。该微反应器中由于事先将待标记前体试剂和催化剂固定在反应器中，合成时只要将已标记的叠氮化合物注入反应器即可进行click标记反应，省去了转移试剂的操作并避免管路污染，减少了反应后处理的操作量，从而缩短了合成操作时间。该反应器加工成本低，可以一次性使用，避免合成不同显像剂时交叉污染。

本发明中，凹凸不平的非光滑内表面是指与常规光滑平整的玻璃微管内壁不同，本发明的玻璃微管内壁是不平整的，其表面具有凹凸的孔隙或毛刺。该内表面可通过沉积二氧化硅等方法进行修饰。此种管道，通过修饰内壁增加了吸附内表面积，注入微管内的试剂溶液在气流推动下能够在管壁铺展形成液膜，增大了蒸发面积，便于热气流从中空管路通过，从而实现快速干燥，有效组分能够被吸附固定在管壁上。而且该种固定方式可防止干燥后的试剂结团，有利于与后续注入的反应试剂充分混合，节省了合成时间，提高了合成收率。

作为优选，所述的中空管体两端安装有用于连接外部进出管路的密封接口。

作为优选，所述的中空管体外壁安装有对管体进行加热的加热系统。加热系统可以是电加热膜等。

作为优选，所述的中空管体内径为1～3mm，长度为5～10mm。内径进一步优选为1.5～2.5mm。玻璃微管内径会影响液膜的形成效果，内径过大或过小，都会导致液体无法在内壁上形成均匀的液膜。在该内径范围内，液膜的形成效果较好。

作为优选，单位长度的中空管体的管壁比表面积为150～1000cm²/cm。

本发明的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述click标记合成pet显像剂的微反应器的制备方法，其步骤如下：

向金属或玻璃的中空管体中注入含有click标记物前体化合物和标记反应的催化剂的溶液，所述的中空管体内壁通过修饰形成凹凸不平的非光滑表面；然后向中空管体的一端通入气流，使溶液在气流推动下在管壁内表面铺展形成液膜；保持气流持续通入，直至溶液干燥，使click标记物前体化合物和标记反应的催化剂分散固定在管壁上，得到click标记合成pet显像剂的微反应器。

作为优选，所述中空管体的内壁修饰方法为：

1)将十六烷基三甲基溴化铵和naoh的混合溶液加热后，加入正硅酸乙酯搅拌反应；然后将反应液注满清洗过的金属或玻璃的中空管体中；

2)将注满反应液的中空管体进行烘干，待反应液干燥后进行烧结，完成对内管壁的修饰；

3)取出烧结后的中空管体，清洗并烘干后，得到经过内壁修饰的中空管体。

当然，基于本发明的工作原理，玻璃微管内壁的修饰并不一定要采用上述方法，也可以采用其他方法，只要能够通过修饰形成凹凸不平的非光滑内表面，增大其内表面积即可。

作为优选，在干燥溶液过程中持续通入的气流为经过加热的热气流，优选为热氮气流。热气流能够加速试剂的干燥过程。

作为优选，中空管体中溶液/试剂的单次注入量应满足：所有注入的液体在气流推动下均能够在管壁内表面铺展形成液膜，而不会被吹出玻璃微管。单次注入量过大时，液膜无法完全铺展在管壁内表面，就会被气流吹出玻璃微管，影响后续试验准确性。对于尺寸一定的管道而言，其可以通过试验确定最佳的单次注入量。

作为优选，中空管体的清洗步骤为：将玻璃微管依次浸入去离子水、乙醇、丙酮和去离子水中超声清洗；再将玻璃微管浸入浓硫酸和双氧水的混合液中超声处理，然后静置于混合液中；最后将玻璃微管在去离子水中超声清洗若干次，烘干。

本发明的另一目的在于提供一种如上述任一方法制备的click标记合成pet显像剂的微反应器。该方法制备的玻璃微管内壁具有凹凸不平的孔隙结构，表面积较大，能够提供更大的离子试剂铺展面积。而且其内表面是粗糙非光滑的，因此能够在一定程度上截留离子试剂，防止其在气流带动下被吹出玻璃微管。

本发明的另一目的在于提供一种利用如上述任一项方案中所述微反应器进行click标记反应的方法，其具体为：将已标记的叠氮化合物注入微反应器中，密闭，加热，进行click标记反应。

作为优选，所述的标记反应为¹⁸f标记反应；所述已标记的叠氮化合物制备方法为：

将¹⁸f离子试剂注入所述的中空管体中，然后向中空管体的一端通入气流，使¹⁸f离子试剂在气流推动下在管壁内表面铺展形成液膜；保持气流持续通入，直至¹⁸f离子试剂完全干燥吸附于管壁内表面；再次向中空管体中注入超干乙腈，然后向中空管体的一端持续通入气流直至干燥；再向中空管体中注入叠氮乙基三氟甲磺酸脂的超干乙腈溶液，密闭，加热，反应得到¹⁸f标记的叠氮化合物。

进一步的，所述的中空管体长度为10cm，内径为2mm，¹⁸f离子试剂的注入量为100μl，用于推动¹⁸f离子试剂的气流流速为100μl/min。在该玻璃微管尺寸、推动气流流速以及注入量下，干燥固定效果最佳。

本发明提供的反应器是在玻璃或金属微管的内壁通过沉积二氧化硅等方法，修饰内壁以增大其比表面积和吸附能力，通过吸附将标记物前体化合物和click标记反应的催化剂固定在反应器中，反应器加装电加热膜和具有进出通道的标准密封接口，接入微反应合成系统即可使用。其中空的腔体可提供反应空间，确保液体成膜扩大蒸发面积，而气体仍能够从液膜中心快速通过，可有效实现管对内流体的中低压操控。由于事先将反应试剂和催化剂固定在反应器中，只要将已标记的叠氮化合物注入反应器即可进行click标记反应，省去了转移操作并避免管路污染，减少了反应后处理的操作量，从而缩短了合成操作时间。该反应器加工成本低，可以一次性使用，避免合成不同显像剂时交叉污染。使用该反应器可进行其它click标记糖和多肽的合成，也可以用于研制、开发各种新的pet分子影像显像剂。

附图说明

图1内壁修饰玻璃微管表面形貌的sem图；

图2内壁修饰玻璃微管纵切的sem图；

图3不锈钢微管内壁修饰前(左)、后(右)横切的光学显微放大图；

图418f标记奥曲肽radio-tlc图谱；

图5带中空管体的合成系统结构示意图。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明的有关细节作进一步的说明，但实施并不限于本发明的保护范围。

实施例1内壁修饰玻璃微管的制备

将长10cm内径1.5mm的玻璃微管依次浸入去离子水、乙醇、丙酮、去离子水中超声清洗10min，再浸入浓硫酸-双氧水混合溶液(体积比1：1)中超声处理15min，放置1.5h后，再浸入去离子水中超声清洗10min，重复用去离子水超声两次后，在烘箱中120℃干燥2h后备用。

圆底烧瓶中加入0.408g十六烷基三甲基溴化铵，加入200ml去离子水和1.2ml2mol/lnaoh溶液，搅拌加热至70℃，加入2ml正硅酸乙酯(teos)，搅拌反应1h。将反应液注满玻璃微管中，在烘箱中120℃干燥1h。在马弗炉中500℃烧结2h后取出。浸入去离子水超声清洗10min，在烘箱中120℃干燥2h后冷却，取出，得到内壁修饰玻璃微管。

本实施例中制备的内壁修饰的微管表面形貌的sem图如图1所示，内壁修饰微管纵切的sem图如图2所示。从图中可以明显看出，修饰后的微管内壁表面呈现凹凸不平的多孔粗糙形貌，其表面积相对于传统的光滑管壁有明显的提高。利用该微管能够快速进行试剂的干燥，当试剂溶液被气流推动在该玻璃微管内流动时，试剂会不断的渗入表面的孔隙中，并在表面张力的作用下在管壁表面形成液膜，最终使试剂均匀铺展，微管中心依然保留了一条供吹气气流流通的通道。因此气流能够不断地对通道周边的液膜进行快速蒸发干燥。而且，由于液膜是均匀铺展的，当其干燥后试剂中的有效成分也均匀吸附在管壁表面，不会出现结团现象。后续将其他反应所需试剂注入微管，即可将试剂中的有效成分溶出；当然，也可以直接将该玻璃微管作为反应器，将其他试剂注入后在微管内腔中进行反应。

实施例2内壁修饰玻璃微管的制备

本实施例与实施例1相比，其区别仅在于玻璃微管的尺寸为长10cm，内径2mm；其他前处理和内壁修饰方法均相同。本实施例中修饰后的管壁形貌与实施例1类似。

实施例3内壁修饰玻璃微管的制备

本实施例与实施例1相比，其区别仅在于玻璃微管的尺寸为长10cm，内径2.5mm；其他前处理和内壁修饰方法均相同。本实施例中修饰后的管壁形貌与实施例1类似。

上述三个实施例中制备的内壁修饰玻璃微管，可以通过进一步的处理，形成内壁附着有不同成分的微管反应器。将目标成分固定附着至微管中的方法如下：

将含有目标固定组分的溶液注入玻璃微管中，然后向玻璃微管的一端通入气流，使溶液在气流推动下在管壁内表面铺展形成液膜；然后保持气流持续通入，直至溶液完全干燥，有效组分便被均匀吸附于管壁内表面。干燥气流优选采用热氮气流。

玻璃微管在使用时，两端可加装密封接口，然后通过连接管道接入自动合成系统。玻璃微管的使用状态示意图如图5所示，含有目标固定组分的试剂可预先可通过合成系统中的切换阀切换注入连接管道，然后由气流将其推动，通过连接管道经由密封接口注入竖直放置的玻璃微管内腔中。气流在推动过程中，气流流速不宜过大或过小，否则容易使试剂的成膜效果不佳。实际使用时，应当根据所加试剂量和玻璃微管尺寸，通过试验确定最佳的气流流速。当需要在微管内腔进行反应时，可停止通气，保持管内密封，管外可辅以加热系统调节温度。

实施例4玻璃微管的最佳参数确定

下面基于上述三个实施例中制备得到的玻璃微管，以合成¹⁸f-fdg的反应为例，说明不同的试剂添加量、气流流速以及微管尺寸对于反应结果的影响。

实验组1：采用实施例1制备的玻璃微管进行干燥¹⁸f离子试剂和合成¹⁸f-fdg：

¹⁸f离子试剂的生产：采用¹⁸o(p，n)¹⁸f核反应，应用体积为2.4ml的h2o[¹⁸o]富氧水(95％)靶，在回旋加速器上用11mev、35μa的质子束流连续轰击30～60min，得到反应所需要的¹⁸f离子富氧水溶液。

¹⁸f离子试剂的分离和富集：将¹⁸f-富氧水溶液通过qma柱，并把¹⁸f离子富集在qma柱上，同时富氧水收集在回收瓶内。启动自动控制系统，将¹⁸f离子和水传到阴离子交换柱(qma)，并把¹⁸f离子富集在qma柱上，同时富氧水收集在回收瓶内。

¹⁸f离子试剂的干燥和¹⁸f标记反应：转移1mlk222/k2co3的乙腈/水溶液(k222，15mg/ml；k2co3，1.2mg/ml)经过qma柱洗脱¹⁸f离子，将收集的100μl含有100μci¹⁸f离子试剂在流速100μl/min的氮气流推动下注入实施例1制备的玻璃微管，并吸附在管壁上铺展形成液膜，继续通入100℃热氮气流(流速100μl/min)吹3min，使¹⁸f离子试剂干燥；再向玻璃微管中注入20μl超干乙腈，通入100℃热氮气流(流速100μl/min)吹2min至干燥。注入100μl三氟甘露糖超干乙腈溶液(2mg/ml)，加热至120℃，密闭反应5min后，趁热通入氮气流(流速100μl/min)除去乙腈。

水解反应：向经过¹⁸f标记反应的玻璃微管中注入100μl1mhcl溶液，110℃加热，密闭反应5min，完成水解反应。

分离纯化：转移水解后的溶液到ag50/ag11a8树脂柱、al2o3柱和c18柱组成的串联柱，再转移5ml水并经过到所述分离柱，收集洗出液并将洗出液经过0.22μm滤膜过滤即得¹⁸f-fdg溶液。

实验组2：本实验组与实验组1相比，其区别仅在于将其中的玻璃微管替换为采用实施例2制备的玻璃微管，其他方法和参数均与实验组1保持相同。

实验组3：本实验组与实验组1相比，其区别仅在于将其中的玻璃微管替换为采用实施例3制备的玻璃微管，其他方法和参数均与实验组1保持相同。

实验组4：本实验组与实验组2相比，其区别仅在于将用于推动¹⁸f离子试剂的气流流速调整为50μl/min，其他方法和参数均与实验组2保持相同。

实验组5：本实验组与实验组2相比，其区别仅在于将用于推动¹⁸f离子试剂的气流流速调整为150μl/min，其他方法和参数均与实验组2保持相同。

实验组6：本实验组与实验组2相比，其区别仅在于将其中的玻璃微管替换为与实施例2中原始的玻璃微管相同，未经过内壁修饰的玻璃微管(长10cm，内径2mm)，两端加装密封接口后，直接接入自动合成系统中使用。其他方法和参数均与实验组2保持相同。

最终，实验组1～6中，放射tlc产率为76％、90％、85％、80％、70％和45％。上述干燥¹⁸f离子试剂和合成¹⁸f-fdg的实验组1～3中，仅有微管管径的因素不同，各实验组所得¹⁸f-fdg的放射tlc产率与干燥¹⁸f离子试剂的质量直接相关。比较而言，实验组2为最优，放射tlc产率为90％。采用该方法制备¹⁸f-fdg耗时30分钟，少于常规合成仪所需的40分钟。实验组2与实验组6相比，采用内壁不修饰微管干燥¹⁸f离子试剂和合成¹⁸f-fdg，放射tlc产率大大下降，为45％。说明本发明中修饰微管内壁有利于干燥¹⁸f离子试剂。实验组2、4和5对比可以发现，三组实验仅有推动溶液注入微管的氮气流速因素不同，实验组2为最优，说明在合适流速的氮气流推动下，溶液在微管内壁均匀铺展，有利于干燥¹⁸f离子试剂和后续¹⁸f标记反应的进行，从而缩短了整个合成过程的时间，提高了合成收率。

综上所述，利用本发明制备的内壁修饰玻璃微管进行溶液干燥固定时，最优参数为：玻璃微管长度为10cm，内径为2mm，溶液的注入量为100μl，用于推动溶液的氮气流流速为100μl/min。该组参数除了用于干燥¹⁸f离子试剂外，也可以用于其他离子试剂的干燥，使相应的有效组分预先附着固定于关闭上。当然，这仅是一组较优的参数，对于不同尺寸的玻璃微管，也可通过试验确定其最佳的注入量和氮气流速。

实施例5click标记合成反应器的制作

本实施例中，基于实施例2中制备得到的内壁修饰玻璃微管进行click标记合成反应器的制作。将100μl含有端炔修饰的奥曲肽(0.01mol/l)、硫酸铜(0.001mol/l)和抗坏血酸钠(0.001mol/l)的混合溶液注入该玻璃微管中，然后向玻璃微管的底端通入流速100μl/min氮气流，使溶液在气流推动下在管壁内表面铺展形成液膜；然后持续通入100℃热氮气流(流速100μl/min)，直至溶液完全干燥，使端炔修饰的奥曲肽和催化剂分散固定在管壁上，得到click标记pet显像剂的微反应器。

所得的微管外壁加装电加热膜，在两端加装密封接口后，即可接入自动合成系统中使用。

实施例6click标记合成反应器的制作

本实施例中，与实施例5相比，其区别仅在于采用的内壁修饰微管不同。本实施例中，采用与实施例2相同的方法修饰长10cm，内径2mm的不锈钢微管内壁，不锈钢微管内壁修饰前(左)、后(右)横切的光学显微放大照片如图3所示，可以发现其内壁在经过修饰后也出现了与玻璃微管类似的粗糙孔状结构，增大了内表面积。

然后将该不锈钢微管以与实施例5相同的方法即可制备得到的click标记反应器。不锈钢微管外壁加装电加热膜，在两端加装密封接口后，即可接入自动合成系统中使用。

实施例7click标记合成[¹⁸f]氟乙基三唑-奥曲肽

¹⁸f离子试剂的干燥和¹⁸f标记叠氮化合物的反应：将从医用回旋加速器传送的¹⁸f离子和水传到接收瓶中。启动自动控制系统，将¹⁸f离子和水传到阴离子交换柱(qma)，并把¹⁸f离子富集在qma柱上，同时富氧水收集在回收瓶内。转移1mlk222/k2co3的乙腈/水溶液(k222，15mg/ml；k2co3，1.2mg/ml)经过qma柱洗脱¹⁸f离子，将收集的100μl含有100μci¹⁸f离子溶液在在流速100μl/min的氮气流推动下注入实施例2中制备得到的玻璃微管中，并吸附在管壁上铺展形成液膜，继续持续通入100℃热氮气流(流速100μl/min)，使¹⁸f离子试剂干燥；再向玻璃微管中注入20μl超干乙腈，通入100℃热氮气流(流速100μl/min)吹至干燥，由此得到干燥的¹⁸f离子试剂。再向玻璃微管中注入200μl叠氮乙基三氟甲磺酸脂的超干乙腈溶液，密闭，加热至120℃，反应5min，获得¹⁸f标记叠氮化合物反应液。

click标记奥曲肽：将上述200μl¹⁸f标记叠氮化合物反应液注入实施例5制作的click标记反应器，密闭，加热至120℃，反应10min，其反应过程如下所示：

反应液冷却后经过ag50/ag11a8树脂柱、al2o3柱和c18柱组成的串联柱，再转移10ml水并经过到上述分离柱，收集洗出液，并经过0.22μm滤膜过滤即得[¹⁸f]氟乙基三唑-奥曲肽溶液，其radio-tlc图谱如图4所示。

对比例常规操作下的click标记合成[¹⁸f]氟乙基三唑-奥曲肽

¹⁸f离子试剂的干燥和¹⁸f标记叠氮化合物的反应：同实施例7。

click标记反应：将上述200μl¹⁸f标记叠氮化合物反应液和100μl含有端炔修饰的奥曲肽(0.01mol/l)、硫酸铜(0.001mol/l)和抗坏血酸钠(0.001mol/l)的混合溶液，按自动程序设置的流程分别注入微管反应器中，密闭，加热至120℃，反应10min。反应液冷却后经过ag50/ag11a8树脂柱、al2o3柱和c18柱组成的串联柱，再转移10ml水并经过到上述分离柱，收集洗出液，并经过0.22μm滤膜过滤即得[¹⁸f]氟乙基三唑-奥曲肽溶液。

实施例7与对比例相比较，由于事先将反应试剂和催化剂固定在反应器中，只要将已标记的叠氮前体注入反应器即可进行click标记反应，省去了转移其它试剂的操作，反应液体积从300μl缩小至200μl，减少了纯化后处理的操作量，且反应物浓度提高加快了反应速度，因此，合成[¹⁸f]氟乙基三唑-奥曲肽肽操作的总耗时从50min缩短至30min。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，虽然实施例中以合成[¹⁸f]氟乙基三唑-奥曲肽为例进行说明，但该玻璃微管以及利用该微管的干燥方法也可以用于其它click标记糖和多肽的合成。但不同的试剂及合成反应的具体条件有所不同，可进行调整。同理，玻璃微管也可以采用实施例6中的不锈钢反应器代替。而且，玻璃、不锈钢的管道内壁修饰方法也可以根据实际进行调整，只要能够制备得到类似的修饰表面即可。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。