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放射性示踪法

放射性示踪法(radioactive tracer method)是将可探测的放射性核素添入化学、生物或物理系统中,标记研究材料,以便追踪发生的过程、运行状况或研究物质结构等的科学手段 [1] 。这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子。词条介绍了方法的原理、特点、示踪剂的特性、以及放射性示踪法在化学、生物学、生物化学等方面的应用。

放射性示踪法(radioactive tracer method) 由于放射性核素不断发出辐射,无论它运动到哪里,都很容易用探测器探知它的下落,因此可以用作示踪物来辨别其他物质的运动情况和变化规律。这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子 [2]

放射性一种带有特殊标记的物质,当它加入到被研究对象中后,人们可根据其运动和变化来洞悉原来不易或不能辨认的被研究对象的运动和变化规律 [2]

示踪的应用,隐含着两个假定:一是放射性核素和它的稳定同位素化学性质相同;二是研究对象的化学特性不受放射性衰变的影响。第一个假定仅当同位素的质量效应很重要时才是不正确的,。第二个假定,只要示踪物的浓度很小就是正确的。

1、灵敏度高 [3]

可探测<1 nCi, 10-14~10-13 g ;化学分析只能达到10-9 g。

2、测量简便、易分辨

不受非放杂质干扰,活体研究,体外测量。

3、提供原子、分子水平的研究手段

微观作用机理、动态变化过程。

4、合乎生理条件

不扰乱体内生理过程的平衡状态 。

5、能定位

核显像技术,组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位。

化学性质完全相同,但同位素化学性质相同,可正确反映研究对象在物理、化学和生物过程中的性质和行为,而且核素的放射特性不改变物质的物理和化学性质 [4]

放射性示踪剂的选择

1、放射性半衰期

2、辐射类型和能量

β探测效率高,易于防护; 32P; 14C, 3H

γ穿透性好, 100-600 keV; 99mTc, 111In, 201Tl

3、放射性比活度

原始比活度足够高;

4、放射性核素的纯度

检验放射性纯度和放射化学纯度;提纯

5、放射性核素的毒性

尽量选择低毒组核素; 90Sr 高毒 , 89Sr 中毒

6、示踪剂的生物半衰期

选择生物半衰期短的示踪剂,减少辐射剂量

放射性示踪法在化学中的应用

1、分子结构的研究 [5]

同位素交换反应

2、化学反应机理研究 [2]

(1)化学键的形成方式

(2)反应中发生的分子重排、异构、裂解、水解过程

(3)催化反应中吸附催化机理、吸附分子寿命

3、同位素稀释法

原理:放射示踪剂与待测物混合→分离→测量

实例:P&G公司测定洗衣粉中主要成分的残留量

4、放射分析法

原理:泛指用放射示踪剂测定浓度的各种方法

实例:50万年前北京猿人会不会用火

5、活化分析法

原理:中子辐照样品,通过活化生成的放射性核素的半衰期、衰变类型与能量等衰变特性进行鉴定。

应用:定性和定量地测定复杂样品原子组成的一种高灵敏度无损检验方法,应用于空气、水、土壤样品、地质样品、海洋系统和生物系统中痕量组分的分析。

实例:利用古画颜料矿物含量鉴别年代。

放射性示踪法在生物学中的应用

17世纪:光学显微镜发明标志着生物医学发展中的里程碑

20世纪:放射性示踪技术的诞生对生物学推进同样重要

1、研究植物的营养生理、对营养元素以及农药的吸附、转运、分配和积累规律

2、研究人和动物体内物质的吸收、分布、代谢和排泄情况

3、为分子生物学提供原子和分子水平的研究手段

4、应用于基因工程

放射自显影技术

原理:

放射性核素的电离辐射使照相乳胶感光,显示样品中的放射性分布,从而给出定位和定量信息 [2]

放射性示踪法研究光合作用

放射性示踪法在生物化学研究的应用

1、生物体内的物质代谢

2、确定代谢途径或中间代谢环节

3、找出代谢物在体内发生变化之后的产物

4、找出体内存在的各种生化物质的前身

1、传统实验方法

整体实验 离体实验

2、同位素示踪法

示踪量,不破坏体内生理过程的平衡 3H(T1/2=12.3 y), 14C(T1/2=5730 y), 液体闪烁测量; 加速器质谱法(AMS)

放射示踪法在医学上的应用

目前全世界80%的同位素用于医学主要核药物的分类 与诊断核药物 [2]

进入体内的示踪剂,产生γ射线,通过体外监测装置记录示踪剂在体内的位置、不同器官浓度及随时间的变化。

如:扫描机、 γ相机、SPECT(单光子发射计算机断层

技术)、PET (正电子发射计算机断层技术)

显象:平面显象、三维断层显象、动态显象

治疗核药物:

利用放射性核素衰变时产生射线的辐照效应达到治疗的目的。

多为α、β衰变

剂量定位在体内某特定部位

如:131I-NaI:治疗甲抗、甲状腺癌

1、核医学发展更加普及

2、形成相关高科技产业

3、社会效益显著:心血管病和肿瘤

今后的发展方向 [6]

珠联璧合:

核辐射探测技术的高灵敏度+现代计算机技术


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