氟^[18F]脱氧葡萄糖(¹⁸F-FDG)是目前临床正电子发射断层显像/X射线计算机体层成像(Positron emission tomography/computer tomography, PET/CT)最常用的正电子示踪剂^[1]，已广泛应用于肿瘤、肝移植及神经疾病等方面的诊断与研究^[2-4]。美国药典中收录的第一个正电子类放射性药物就是¹⁸F-FDG，我国2015版药典将之收录。目前成熟商品化合成¹⁸F-FDG方法有酸水解法^[5]和碱水解法^[6]，两者相比碱水解法速度快、水解温度低，但碱水解方法合成¹⁸F-FDG产品的检测中会存在未知杂质、¹⁸F-FDM（2-脱氧-2-^[18F]氟-D-甘露糖）含量高等问题，其中¹⁸F-FDM为碱水解法合成¹⁸F-FDG产生的副产物，未知杂质为气相色谱检测溶剂残留时发现；而酸水解的主要问题是合成时间较长。FDG模块一般只能采用一种工艺，在模块上改变生产工艺对产品质量会造成较大影响。本研究在Padgett等^[7]双管酸水解基础上，改进国产固相碱水解FDG模块，去掉加碱部件及C-18柱水解部件，酸水解后的反应液直接经纯化装置得到产品；对改进的国产模块酸水解进行研究，寻求在国产碱水解模块上采用酸水解方法制备合格的¹⁸F-FDG，以避免副产品FDM及未知杂质产生，研究两种不同工艺在同一模块上合成¹⁸F-FDG的可行性。

AR-2000薄层放射性扫描仪：美国Eckert & Ziegler公司；全自动化FDG合成模块PET-FDG-IT-І：派特（北京）科技有限公司；Endosafe-PTS细菌内毒素快速检测仪：USA Charles River公司；活度计：CRC-15R型，美国Capintec公司；Sep-PakC-18柱、Alumina N柱：美国Waters公司。

AG11^.A8和Dowex50树脂、¹⁸O-H₂O、2-三氟甲基磺酰基-β-D-甘露糖（三氟甘露糖）、氨基聚醚(K2.2.2)：江苏华益科技有限公司；碳酸钾：美国Sigma Aldrich公司；浓HCl：AR级，北京化学试剂公司；无水乙醇：AR级，国药集团；无水乙腈：HPLC级，美国TEDIA公司。

HM-20加速器质子束流65μA轰击¹⁸O-H₂O产生¹⁸F^-，合成分为4个过程：用K2.2.2/K₂CO₃溶液洗脱阴离子捕获柱（QMA柱）捕获的¹⁸F离子，加热除水至干；加入乙腈溶解的三氟甘露糖前体，反应生成¹⁸F-FDG中间体(¹⁸F-FDG-OAc)；加入HCl溶液，加热到120℃水解反应得到粗产品¹⁸F-FDG；粗产品经AG11·A8和Dowex50、C-18柱、Alumina N柱纯化，过无菌滤膜得到注射药品¹⁸F-FDG。生产的¹⁸F-FDG与国产碱水解模块合成的¹⁸F-FDG作对照^[8]，比较产品质量。

本研究使用的合成模块由国产碱水解FDG合成模块经改进优化而成，合成模块示意图见图 1。改进模块的酸水解反应直接在反应管内进行，反应液从反应管出来直接经纯化装置纯化得到产品，¹⁸F-FDG整个合成程序为计算机全程控制，产品制备结束后传送至真空收集瓶，计算机提示合成完成。

图 1

图 1 全自动合成18F-FDG模块 Figure 1 Module of auto-synthesis for 18F-FDG.

改进的FDG合成模块合成及自动化制备过程为：由加速器¹⁸O(p, n)¹⁸F反应产生¹⁸F^-，经氮气传输到合成器上，¹⁸F^-经六通阀后被QMA捕获，¹⁸O废水进入收集瓶。

1)打开六通阀V0、V1，QMA捕获的¹⁸F^-由含碳酸钾的K2.2.2乙腈溶液经六通阀，将QMA上吸附的¹⁸F^-淋洗下来进入反应管，时间为40 s。淋洗完毕，打开H1、V7，风浴加热114℃，同时向反应瓶内通入120 mL·min^-1的氮气流，除水至剩余0.1mL左右；打开V2，加2 mL无水乙腈至反应管中，重复上一步除水，时间为240 s，除水至干，降低温度至90℃，同时负压除水50 s。

2)打开V3、H1，将1 mL无水乙腈的三氟甘露糖前体液加入到反应管中，进行亲核反应，风浴加热83℃，时间为60 s。风浴温度升高至114℃，时间为90 s，蒸发乙腈至0.1 mL左右。

3)打开P1，冷却反应管至40℃以下，时间为30 s；打开V4、H1，将2.5 mL 1 mol·L^-1 HCl溶液加入反应管中，反应温度120℃，水解600 s。

4)打开P1，将反应管温度降至100℃，同时开启负压除乙腈，时间为120 s；打开V5，加水稀释反应液；将反应液从反应瓶转移，经AG11^.A8和Dowex50柱、Alumin N柱、C-18柱和无菌滤膜进入真空收集瓶；再用10 mL水分两次清洗反应管，再传输到收集瓶中。以上各个程序步骤为计算机控制，全自动化合成完成，全程用时27 min。

按中国药典2015年版的标准对产品进行检测：检查产品的外观、澄明度，用精密pH试纸检测产品pH值，细菌检测，使用细菌内毒素快速检测仪(Endosafe-PTS)检测终产品；薄层层析法(Thin-Layer Chromatography, TLC)测产品放化纯，展开剂为95%乙腈，展开完毕用AR-2000薄层放射性扫描仪进行扫描；使用碘铂酸钾方法测定K2.2.2，使用气相色谱仪检测产品的溶剂残留^[9]。

改进的国产全自动化FDG合成模块经酸水解生产¹⁸F-FDG，运行次数已超过37次，没有出现失误或差错，本研究采用三氟甘露糖的前体量均为19mg，与碱水解方法用量无明显区别^[8]。酸水解制备的¹⁸F-FDG平均活度为30.45 GBq(25.31-35.78GBq)，合成效率为60.27%±2.29%（未校正效率(End of Synthesis, EOS)），与文献^[8]报道的碱水解法合成效率无太大差别。

亲核反应在¹⁸F-FDG合成过程中至关重要，本研究调试不同的亲核反应时间，寻求最佳反应时间。采用反应时间分别为30 s、60 s、90 s、120 s、150 s、300 s，合成效率分别为：46.56%±0.71%、60.87%±1.45%、60.96%±1.08%、61.30%±0.80%、61.53%±1.69%、61.91%±1.18%(n=3，图 2)。亲核时间降低至30 s，合成效率45.7%±2.16%；亲核时间大于90 s，产品合成效率并没有太大的提高。为保证合成效率和缩短反应时间，本研究采用亲核时间60 s。

图 2

图 2 亲核时间对合成的影响 Figure 2 Effect of nucleophilic time on synthesis.

酸水解合成¹⁸F-FDG是国内常用的制备方法之一，但盐酸对¹⁸F-FDG中间体(¹⁸F-FDG-OAc)的水解能力不是很强，酸水解是一个可逆过程，需要较高反应温度、较长反应时间。本文采用2.5 mL 1mol·L^-1的盐酸溶液，通过观察6 min、7 min、8 min、9 min、10 min、12 min、15 min，对中间体的水解情况进行估算，结果分别为44.87%±2.5%、64.57%±1.09%、85.71%±2.48%、92.37%±0.86%、93.73%±1.47%、94.4%±0.32%、95.6%±0.62%，结果示于图 3。由图 3可知，8 min约85.71%的中间体发生水解，10 min约93.73%的中间体水解。水解时间过少，水解反应不完全；水解反应时间不宜过长，如果时间过长不会太多提高水解程度，但会延长总合成时间，本研究认为水解时间10 min为宜。

图 3

图 3 时间对水解效率的影响 Figure 3 Effect of time on the hydrolysis efficiency.

¹⁸F-FDG中间体(¹⁸F-FDG-OAc)有4个酯基需要水解，水解反应是可逆的吸热反应，较低温度不利于水解反应，适当提高反应温度有利于加快反应速率和提高反应程度，本研究设定水解反应温度为120℃^{[5, 10]}；加入适量盐酸催化水解反应，可以加快其反应速率。本文采用不同浓度的盐酸量进行研究，分别使用0.5 mol·L^-1、1 mol·L^-1、1.5 mol·L^-1、2mol·L^-1、3 mol·L^-1盐酸各2.5 mL进行水解试验，结果见图 4。盐酸对¹⁸F-FDG中间体的水解能力不是很强，本研究试图通过加大HCl的使用量来加快水解反应速度，盐酸用量为3 mol·L^-1 2.5 mL时，终产品的pH值为4.0-5.0，需另外调节pH值或增加中和酸所用填料，同时增加了反应液中盐的浓度，不适合直接用于临床注射；当盐酸使用量较小，中间体水解效果不佳，使用2.5 mL 0.5mol·L^-1盐酸进行水解反应，水解时间20 min，仍有23%的中间体未水解。本研究选用2.5 mL 1mol·L^-1的盐酸溶液作催化水解且温度控制在120℃为最佳实验方案。

图 4

图 4 盐酸量对水解效率的影响 Figure 4 Effect of HCl concentration on the hydrolysis efficiency.

本研究采用酸水解方法合成¹⁸F-FDG，产品的外观、pH值、放射化学纯度、氨基聚醚残留等均符合药典要求，但溶剂残留存在超标问题，本节研究了除乙腈时间对乙腈残留的影响。酸水解反应结束后，反应管内乙腈蒸除时间不足，产品溶剂残留检测时会出现溶剂残留超标；而除乙腈时间过长，会造成部分放射性损失，同时还延长合成时间。本研究采用不同的乙腈蒸除时间，时间分别为：30 s、60 s、90 s、120 s、150 s、300 s，最后使用气相色谱仪(Gas chromatography, GC)检测各个时间得到产品的溶剂残留量，分析乙腈、乙醇残留量的具体数值见表 1，分析结果见图 5。蒸除残留溶剂时间降低至30 s，乙腈残留量(13.6±1.30)mg·mL^-1。如果蒸除时间较大时(≥150s)，产品的乙腈残留量并无太大变化。降低产品中溶剂残留量，同时减少合成时间，提高生产效率，本研究认为蒸除残留溶剂时间120-150 s为宜。产品中乙醇含量主要为防止¹⁸F-FDG辐射分解加入少量乙醇（约0.1%）^[11]。

表 1

表 1 不同时间的溶剂残留 Table 1 Table 1 Result of the solvent residue for different time. 时间Time / s 乙腈Acetonitrile / mg·mL-1 乙醇Ethanol / mg·mL-1 30 13.60±1.30 8.33±1.97 60 2.33±0.78 4.21±2.31 90 0.63±0.15 3.17±1.12 120 0.30±0.06 1.22±0.69 150 0.07±0.03 0.96±0.24 300 0.04±0.02 0.63±0.08

表 1 不同时间的溶剂残留 Table 1 Table 1 Result of the solvent residue for different time.

图 5

图 5 时间对溶剂残留的影响 Figure 5 Effect of time on the solvent residue.

碱水解合成模块生产工艺中，在冷却反应液后需将中间体富集于C-18柱，再用蒸馏水清洗C-18柱以除去未反应的¹⁸F^-、残留溶剂等杂质，再加入适量碱溶液使中间体进行碱水解反应；改进的合成模块在结构上比原合成模块更简单，省去了柱水解和加碱等部件，减少了中间体富集于C-18柱、蒸馏水清洗C-18柱、在柱碱水解等过程；酸水解合成法的亲核反应、酸水解过程可先后在同一反应管内进行，可减少中间体在转移过程中的损失。碱水解制备¹⁸F-FDG的纯化装置由IC-H柱、Alumin N柱及C-18柱等组成，本研究以AG11^.A8和Dowex50柱、Alumin N柱、C-18柱等组成一套纯化装置，从反应管出来的反应液直接使用此纯化装置进行纯化。碱水解合成模块的其它部件及装置则进行了保留使用，未进行更多的改进或拆除，而省去未用的柱水解和加碱等部件并未进行真正拆除，可方便、简单地重新改回碱水解合成模块装置，为同一合成模块上实现两种不同生产工艺制备¹⁸F-FDG提供了硬件保障。

国内外文献报道^[5-10]，一台FDG合成模块一般仅能采用一种生产工艺，同一模块上实现不同工艺的生产，且达到质量要求是目前的难点之一。本研究以改进的国产碱水解合成模块经酸水解生产出合格的¹⁸F-FDG，实现了两种不同工艺在同一模块上制备合格的¹⁸F-FDG，对FDG合成模块制备¹⁸F-FDG生产工艺的申报有借鉴意义。酸水解生产¹⁸F-FDG的合成工艺可以避免副产品¹⁸F-FDM的产生，气相色谱检测碱水解生产的¹⁸F-FDG溶剂残留时，发现在4.5 min左右可能会产生一未知杂质，这一未知杂质可能由强碱溶解C-18柱上硅烷而产生，虽然目前¹⁸F-FDG的质量标准并未将其收录，但将来的企业标准或国家标准会对其重视，而酸水解生产工艺可以避免未知杂质的产生。常用酸水解制备¹⁸F-FDG的方法为双管或单管法，合成时间为33-50 min不等，本研究的酸水解生产工艺缩短合成时间至27min。

优化的国产FDG合成模块酸水解全自动化合成¹⁸F-FDG条件为：洗脱QMA柱捕获的¹⁸F^-离子，在氮气保护下与乙腈共沸除水两次；密闭条件下，反应温度为115℃，亲核反应时间为1 min，生成中间体(¹⁸F-FDG-OAc)；盐酸的使用量为1 mol·L^-1的盐酸2.5 mL，反应时间10 min，温度120℃；酸水解反应结束后，蒸除残留溶剂时间120 s为宜；最终产品为无色澄明液体、pH值6.5-7.0，细菌内毒素检查合格，溶剂残留检测均在药典规定范围内，放化纯度均大于98%，平均活度30.45 GBq(25.31-35.78 GBq)，合成效率60.27%±2.29%(EOS)，放射性浓度(2.92±0.31)GBq·mL^-1，与文献^[8]报道碱水解法合成效率无太大差别。

本法生产的¹⁸F-FDG质量与碱水解法生产的¹⁸F-FDG相比，无明显区别。最终产品外观与碱水解合成法一致，均为无色澄明液体，符合药典要求；放射性浓度为0.37-3.0 GBq·mL^-1，pH值为6.5-7.0，氨基聚醚(K2.2.2)检测符合药典要求；经TLC检测，放化纯度大于98%；经细菌内毒素检查，产品符合药典要求；气相色谱仪检测产品溶剂残留，乙腈、乙醇溶剂残留均符合药典要求，与碱水解比较结果见表 2。

表 2

表 2 酸水解与碱水解制备18F-FDG质控结果(n=5) Table 2 Result of quality control of 18F-FDG by acidicand basic hydrolysis (n=5). 项目Program 酸水解 Acidichydrolysis 碱水解Basic hydrolysis 2015药典标准Pharmacopoeiastandard (2015) pH值pH 6.5-7.0 6.5-7.0 5.0-8.0 放射化学纯度Radiochemical purity > 98% > 98% > 90% 乙腈残留Acetonitrile residue / mg·mL-1 < 0.2 < 0.2 < 0.4 乙醇残留Ethanol residue / mg·mL-1 < 2 < 2 5 氨基聚醚K2.2.2 / mg·mL-1 < 5 < 5 < 50 放射性浓度Radioactive concentration / MBq·mL-1 > 2 220 > 2 220 > 370 细菌内毒素Bacterial endotoxins / Eu·mL-1 < 2.5 < 2.5 < 15

表 2 酸水解与碱水解制备18F-FDG质控结果(n=5) Table 2 Result of quality control of 18F-FDG by acidicand basic hydrolysis (n=5).

本研究以国产碱水解FDG合成模块为基础，对此模块进行了改进和优化，改进的合成模块经酸水解合成¹⁸F-FDG，并优化了酸水解制备¹⁸F-FDG的工艺条件。改进的国产FDG合成模块经酸水解生产的¹⁸F-FDG可以满足临床需求，酸水解生产工艺可以避免¹⁸F-FDM和未知杂质的产生，实现了同一模块采用两种不同工艺合成¹⁸F-FDG，提升了FDG合成模块的利用价值。