KR100684554B1 - Apparatus and process for manufacturing of O-15-water, which is characterized by reusing N of the mass number 15 - Google Patents

Apparatus and process for manufacturing of O-15-water, which is characterized by reusing N of the mass number 15 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같이 가스 주입구(1), 가속한 양성자를 조사하는 타겟챔버(target chamber)(2), 방향전환밸브(3), 응축관(4), 가열 및 냉각기(5), 순환펌프(6), 방향전환밸브와의 연결부(도2의 ④⑤) 및 액체 또는 기체의 주입구(8, 9)와, 배출구(10)를 구비한 외부의 관(7)으로 구성된 15N의 재사용이 가능한 15O로 표지된 물의 생산 장치와 이를 이용하는 15O로 표지된 물의 생산 방법에 관한 것이다.As shown in FIG. 1, the present invention provides a gas inlet 1, a target chamber 2 for irradiating accelerated protons, a diverter valve 3, a condensation tube 4, a heating and cooling device 5, and the like. 15 N consisting of a circulating pump 6, a connection to the directional valve (4 in FIG. 2) and an inlet (8, 9) for liquid or gas, and an outer tube (7) with outlet (10) A device for producing 15 O labeled water which can be reused and a method of producing 15 O labeled water using the same.

O-15-Water 생산장치, O-15-Water 생산방법O-15-Water Production Equipment, O-15-Water Production Method

Description

질량수가 15인 Ｎ을 재사용하는 것을 특징으로 하는, 질량수가 15인 Ｏ로 표지된 물의 생산 장치 및 생산 방법{Apparatus and process for manufacturing of O-15-water, which is characterized by reusing N of the mass number 15}Apparatus and process for manufacturing of O-15-water, which is characterized by reusing N of the mass number, characterized by reusing N having a mass number of 15 15}

도 1. 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 장치의 예.1 Example of a production apparatus for water labeled with 15 O to reuse 15 N. FIG.

도 2. 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)에 사용되는 시료주입밸브와 같은 구조를 갖는 방향전환밸브의 연결 방법.2 is a method of connecting a directional valve having the same structure as a sample injection valve used in high pressure liquid chromatography (HPLC).

도 3. 방향전환밸브가 솔레노이드밸브와 같은 구조를 갖는 장치의 예.3. Example of a device in which the directional valve has a structure like a solenoid valve.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 가스 주입구, 2 : 타겟챔버(target chamber), 3 : 방향전환밸브, 4 : 응축관, 5 : 가열 및 냉각기, 6 : 순환펌프, 7 : 외부의 관, 8 : 액체 주입구, 9 : 기체 주입구, 10 : 배출구
1: gas inlet, 2: target chamber, 3: directional valve, 4: condensation tube, 5: heating and cooling machine, 6: circulation pump, 7: external tube, 8: liquid inlet, 9: gas Inlet, 10: outlet

본 발명은 고가인 15N 질소 가스를 사용 후 버리지 않고 회수하여 재사용하면 서 15O로 표지된 물을 생산하는 장치와 이 장치를 이용하여 15O로 표지된 물을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for producing water labeled with 15 O while recovering and reusing the expensive 15 N nitrogen gas without throwing it away after use, and to a method for producing water labeled with 15 O using the device.

15O로 표지된 물이란 양전자 방출 방사성핵종인 15O로 표지된 물의 의미한다. 이는 의학적으로 두뇌 혹은 심근의 혈류량을 영상화 하는데 사용한다. 이를 생산하기 위하여는 우선 15O를 만들어야 한다. 이 때 가장 널리 사용되는 제법은 14N으로 구성된 질소 가스에 입자가속기로 가속된 중수소 핵을 조사하는 방법이다. 그러나 이 방법은 중수소핵을 가속할 수 있는 고가의 입자가속기가 필요하기 때문에 일반적으로 양성자만 사용하는 입자가속기를 사용하며, 이것에 의해 가속된 양성자를 15N으로 구성된 질소 가스에 조사하여 15O를 생산할 수 있다. 그러나 이 때 사용되는 15N 질소 가스는 14N 질소 가스 보다 수 만 배 더 고가여서 널리 사용할 수가 없는 문제를 가지고 있었다. Refers to the 15 O water is positron emitting radioactive nuclear species, labeled with 15 O labeled water. It is medically used to image blood flow in the brain or myocardium. To produce it, you must first make 15 O. When this manufacturing method is the most widely used is a method of irradiating an accelerated deuterium nuclei in a particle accelerator consisting of a nitrogen gas 14 N. This method, however, the 15 O generally uses a particle accelerator using only a proton, by irradiating the protons accelerated by the nitrogen gas consisting of 15 N which due to the need for expensive particle accelerators to accelerate the deuterium nuclei Can produce. However, the 15 N nitrogen gas used at this time was tens of thousands of times more expensive than the 14 N nitrogen gas, and thus had a problem that it could not be widely used.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 고가인 15N 질소 가스를 사용 후 버리지 않고 회수하여 재사용하면서 15O로 표지된 물을 생산하는 장치와 그를 이용하는 생산 방법을 제공하는 것을 목적으로 고안되었다.The present invention was devised to provide an apparatus for producing water labeled with 15 O and a production method using the same while recovering and reusing the expensive 15 N nitrogen gas without using it after use to solve the above problems.

본 발명은 고가인 15N 질소 가스를 사용 후 버리지 않고 회수하여 재사용하면 서 15O로 표지된 물을 생산하는 장치와 이 장치를 이용하여 15O로 표지된 물을 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a device for producing water labeled with 15 O while recovering and reusing the expensive 15 N nitrogen gas without throwing it away after use, and to a method for producing water labeled with 15 O using the device.

본 발명에서 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물을 생산하는 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이 가스 주입구(1), 가속한 양성자를 조사하는 타겟챔버(target chamber)(2), 방향전환밸브(3), 응축관(4), 가열 및 냉각기(5), 순환펌프(6), 방향전환밸브와의 연결부(도2의 ④⑤) 및 액체 또는 기체의 주입구(8, 9)와, 배출구(10)를 구비한 외부의 관(7)으로 구성된다. 위의 장치에서 외부의 관이 액체 및 기체의 주입구(8, 9)를 동시에 갖추고 있는 경우에 더욱 효과적으로 사용할 수 있다. In the present invention, the apparatus for producing water labeled with 15 O for reusing 15 N includes a gas inlet 1, a target chamber 2 for irradiating accelerated protons, and reorientation. Valve (3), condensation pipe (4), heating and cooler (5), circulation pump (6), connection to the directional valve (4) in Fig. 2, and inlets (8, 9) of liquid or gas, and outlet It consists of the external pipe | tube 7 provided with (10). It can be used more effectively when the outer tube is equipped with liquid and gas inlets 8 and 9 simultaneously.

상기의 장치들에서 순환펌프(6)는 피스톤식 또는 회전날개식 펌프로서 기체를 순환시킬수 있어야 하고 밀폐가 잘 되어 있어야 한다. 또한, 방향전환밸브(3)로는 고속액체크로마토그라피(HPLC)에서 시료를 주입할 때 사용하는 시료주입밸브와 동일한 구조를 가진 것(도 2)이나 솔레노이드밸브와 동일한 구조를 가진 것(도3. 3) 중에서 어느 하나를 사용한다. 또한 가열 및 냉각기(5)는 응축관(4)을 전열선이나 뜨거운 공기를 불어 주어 가열할 수도 있고 냉각 가스를 흘려주어 냉각할 수도 있는 장치를 말한다. 그리고 응축관(4)은 여러 가지 재료를 사용할 수 있으나 스테인레스 스틸을 사용하는 것이 바람직하다.In the above devices, the circulation pump 6 should be able to circulate the gas as a piston or rotary wing pump and be well sealed. In addition, the direction switching valve (3) having the same structure as the sample injection valve used when injecting a sample in high-speed liquid chromatography (HPLC) (Fig. 2) or having the same structure as the solenoid valve (Fig. Use any one of 3). In addition, the heating and the cooler 5 refers to a device that can heat the condensation tube 4 by blowing a heating wire or hot air, or cooling by flowing a cooling gas. And the condensation tube 4 can be used a variety of materials, it is preferable to use stainless steel.

본 발명에서 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물을 생산하는 방법은 다음과 같다. In the present invention, the method for producing 15 O labeled water to reuse 15 N is as follows.

도 1에 나타낸 것과 같은 장치에서 방향전환밸브로 고속액체크로마토그라피(HPLC)에서 시료를 주입할 때 사용하는 시료주입밸브와 동일한 구조의 것(도 2)을 사용하는 경우, 먼저, 방향전환밸브(3)의 연결 방향을 도2의 "가"와 같이 하고, 타겟가스 (0.001~50부피%의 수소가 포함된 15N 질소가스)를 타겟챔버(target chamber)(2)에 넣고 입자가속기로 가속한 양성자를 조사하면 15O로 표지된 물이 생산된다. 이것을 순환 펌프(6)로 순환시켜 냉각된 응축관(4)을 통과시킨다. 그러면 15O로 표지된 물은 가열 및 냉각기(5)에 의해 냉각된 응축관(4)에 응축되고 다른 가스 성분들은 계속 순환하여 다시 타겟챔버(target chamber)(2)로 들어가게 된다. 이 때 타겟가스를 0.1~5 L/min의 양으로 순환시키는 것이 바람직하며, 계속해서 입자가속기로 가속한 양성자를 조사하면 냉각된 응축관에 모이는 15O로 표지된 물의 양은 점점 많아지게 되며, 그 양을 방사능 측정기로 모니터할 수 있다. 충분한 방사능이 축적이 되면 양성자 조사를 중단하고 순환 펌프의 작동을 중단시킨 다음 방향전환밸브를 작동하여 응축관의 연결 방향을 도2의 "나"와 같이 하여 전체 시스템에서 분리시켜 외부로 연결된 관과 연결되도록 한다. 응축관을 히터로 가열하여 온도를 0℃ 이상으로 올린 다음 주사기로 생리식염수를 주사하여 15O로 표지된 물을 회수한다. 이 단계에서 응결된 15O로 표지된 물을 히터로 가열하여 온도를 0℃ 이상으로 올린 다음, 불활성 가스를 불어서 회수하는 방법도 사용할 수 있으며, 이경우 냉각관에서 나온 15O로 표지된 물은 다른 냉각 바이알에 응결시켜 회수한다. 그 다음에 생리식염수를 주사하여 15O로 표지된 물을 회수하고 남아있는 생리식염수를 불활성 가스나 수소를 불어서 제거한다. 이때 알코올이나 아세톤과 같은 유기용매를 흘려서 응축관 안에 남아 있는 생리식염수를 제거하고 불활성 가스나 수소를 불어주어 유기용매를 증발시키면 더 빨리 생리식염수를 제거할 수 있다. 필요한 경우, 다시 방향전환밸브의 위치를 도2의 "가"와 같이 바꾼 다음 순환펌프를 가동하고 양성자 빔을 조사한다.When using the same structure as the sample injection valve used when injecting a sample from the high-speed liquid chromatography (HPLC) to the direction switching valve in the apparatus as shown in Figure 1 (FIG. 2), first, the direction switching valve ( 3) The connecting direction of Fig. 2 is as shown in Fig. 2, and the target gas ( 15 N nitrogen gas containing 0.001 to 50% by volume of hydrogen) is put into the target chamber 2 and accelerated by a particle accelerator. Irradiation of one proton yields water labeled with 15 O. This is circulated by the circulation pump 6 to pass through the cooled condensation tube 4. The water labeled with 15 O is then condensed in the condensation tube 4 cooled by the heat and cooler 5 and the other gas components continue to circulate back into the target chamber 2. At this time, it is preferable to circulate the target gas in an amount of 0.1 to 5 L / min, and if the protons accelerated by the particle accelerator are continuously irradiated, the amount of water labeled with 15 O gathered in the cooled condensation tube is gradually increased. The amount can be monitored with a radiometer. When sufficient radiation accumulates, the proton irradiation is stopped, the circulation pump is stopped, and the directional valve is operated to separate the condensation tube from the whole system as shown in FIG. To be connected. Heating the condensation tube with a heater raising the temperature above 0 ℃ then injected with normal saline with a syringe to collect the labeled with 15 O water. To heat the water labeled with 15 O Condensation In this step, a heater raising the temperature above 0 ℃ following, may also be used a method of recovering an inert gas blown, in this case the water labeled with 15 O from the condenser is different Recovered by condensation on cooling vials. Then, physiological saline is injected to recover water labeled with 15 O, and the remaining physiological saline is removed by blowing inert gas or hydrogen. At this time, by removing the physiological saline remaining in the condensation tube by flowing an organic solvent, such as alcohol or acetone, the physiological saline can be removed faster by evaporating the organic solvent by blowing inert gas or hydrogen. If necessary, change the position of the diverter valve as shown in FIG. 2 again, start the circulation pump and irradiate the proton beam.

방향전환밸브로 도 3에 나타낸 3방향 솔레노이드밸브(도 3. 3)와 동일한 구조의 것을 조합하여 사용하는 경우에도 처음에 방향전환밸브를 조작하여 응축관이 전체시스템과 연결된 상태에서 상기와 동일한 방법으로 15O로 표지된 물을 생산하는 과정을 수행하며, 냉각된 응축관에 필요로 하는 양의 15O로 표지된 물이 생성되면 양성자 조사를 중단하고 순환 펌프의 작동을 중단시킨 다음, 방향전환밸브를 조작하여 응축관을 전체 시스템에서 분리하여 외부의 관과 연결되도록하고 상기와 동일한 방법으로 15O로 표지된 물을 회수하고 응축관에 남아있는 생리식염수를 제거한다. 필요한 경우, 다시 방향전환밸브를 조작하여 응축관이 전체시스템과 연결되도록한 다음 순환펌프를 가동하고 양성자 빔을 조사한다.Even when a combination of the same structure as that of the three-way solenoid valve shown in FIG. 3 (FIG. 3. 3) is used as the directional valve, the same method as described above with the condenser tube connected to the entire system by operating the directional valve at first. Process to produce 15 O-labeled water, and when the required amount of 15 O-labeled water is produced in the cooled condenser tube, stop proton irradiation, stop the circulation pump, and change the direction. By operating the valve, the condensation tube is separated from the whole system to be connected to an external tube, and in the same manner as above, the 15 O labeled water is recovered and the physiological saline remaining in the condensation tube is removed. If necessary, operate the reversing valve again so that the condensation tube is connected to the whole system, then start the circulation pump and irradiate the proton beam.

본 발명의 장치 및 이를 이용한 15O로 표지된 물의 생산 방법은 고가인 15N 질소 가스를 사용 후 버리지 않고 회수하여 재사용하는 것을 가능하게 함으로써 양성자만 가속할 수 있는 입자가속기를 이용하여서도 저렴하게 15O로 표지된 물의 생산하는 것을 가능하게 한다. 그에따라 입자가속기 도입시 항상 고려의 대상이 되던 중수소핵 가속 기능을 많은 경우 배제할 수 있고, 연구소에서도 두뇌 기능, 심장 혈류 기능 등의 연구를 보다 경제적으로 수행 할 수 있을 것으로 기대된다.Device and it the water method for producing labeled with 15 O with the present invention is also the 15 low hayeoseo using a particle accelerator to accelerate only protons if it is possible to recover and re-use is discarded after use of the expensive 15 N nitrogen gas Makes it possible to produce water labeled with O. Accordingly, the deuterium nucleus acceleration function, which has always been considered when introducing the particle accelerator, can be excluded in many cases, and research in the brain, cardiac blood flow function, etc. is expected to be performed more economically.

Claims (8)

타겟가스(0.001~50부피%의 수소가 포함된 15N 질소가스)를 주입할 수 있는 가스주입구, 입자가속기에 장착하여 가속한 양성자를 조사하여 15O 표지된 물을 생산하는 타겟챔버, 방향전환밸브 및 순환펌프가 환상으로 연결되어,A gas inlet for injecting target gas ( 15 N nitrogen gas containing 0.001 to 50% by volume of hydrogen) and a target chamber that produces 15 O-labeled water by irradiating the accelerated protons mounted on the particle accelerator. Valve and circulation pump is connected in an annular shape, 순환펌프를 가동시키면서　입자가속기를 가동하면 15O 표지된 물이 계속 생산되면서 순환되도록 된 구조에, If you operate the particle accelerator while operating the circulation pump, 15 O labeled water continues to be produced and circulated. 방향전환밸브를 이용하여 내부에서 순환하는 기체의 방향을 전환하여 응축관으로 흐를 수 있게 하고,　By using a directional valve to change the direction of the gas circulating inside to flow to the condensation tube, 응축관에 연결된 가열 및 냉각기를 이용하여 응축관의 온도를 0℃로 냉각하여 생성된 15O표지된 물만 응축시키고, 다른 타겟가스는 순환펌프에 의하여 계속 순환하여, By using the heating and the cooler connected to the condenser tube, the condenser tube is cooled down to 0 ° C. and only 15 O-labeled water is condensed, and the other target gas is continuously circulated by the circulation pump. 고가인 15N 가스를 포함한 타겟가스를　 가스주입구를 통하여 타겟챔버로 회수하여 재사용하게 되어 있고,The target gas containing expensive 15 N gas is recovered and reused through the gas inlet to the target chamber. 방향전환밸브와의 연결부, 액체 주입구, 기체 주입구 및 배출구를 구비한 외부의 관으로 이루어진 구조를 하고 있으며,It has a structure consisting of an external tube having a connection part with a directional valve, a liquid inlet, a gas inlet, and an outlet. 응축관에 응축된 15O로 표지된 물은 응축관의 온도를 가열 및 냉각기를 이용하여　 온도를 0℃ 이상 100℃ 이하로 올려 액화시키고, 이를 액체주입구를 통하여　생리식염수를 주사하여 밀어내어 배출구를 통하여 회수할 수 있게 되어 있고, The water labeled with 15 O condensed in the condensation tube is liquefied by raising the temperature of the condensation tube to a temperature of 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower using a heating and cooling machine. It is possible to collect through 남아 있는 생리식염수를 역시 액체주입구를 통하여 알코올이나 아세톤으로 세척하여 제거하고,The remaining physiological saline is also removed by washing with alcohol or acetone through the liquid inlet, 관내부에 남아있는　알코올이나 아세톤은 가스주입구를 통하여 불활성 가스나 수소를 불어주어 증발시켜 다시 원래의 환상으로 연결하여 15O 표지된 물을 회수할 수 있는 것을 특징으로 하는 15N을 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 장치.Alcohol tubes remain inside or acetone is 15 O reusing a 15 N, characterized in that to be given to blow an inert gas and hydrogen through the gas inlet evaporated to recover the 15 O-labeled water by connecting to the original annular back Device for producing water labeled with. 제1항에 있어서, 방향전환밸브가 고속액체크로마토그라피(HPLC)에서 시료를 주입할 때 사용하는 시료주입밸브와 동일한 구조를 가진 것(도 2)이나 솔레노이드밸브와 동일한 구조를 가진 것(도 3) 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 장치.The method of claim 1, wherein the directional valve has the same structure as the sample injection valve used when injecting the sample from the high-speed liquid chromatography (HPLC) (FIG. 2) or the same structure as the solenoid valve (FIG. 3). A device for producing water labeled with 15 O to reuse 15 N, characterized in that it is selected from. 제1항에 있어서, 외부의 관에 액체 및 기체 주입구가 설치된 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 장치.The method of claim 1, wherein the water production device labeled with 15 O 15 N to reuse the liquid and the gas inlet of the outer cylinder is installed. 제1항에 있어서, 응축관이 스테인레스 스틸로 만들어진 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 장치.The method of claim 1 wherein the condensation tube of the water production device labeled with 15 O 15 N reusing made of stainless steel. 제1항의 장치를 사용하여, 방향전환밸브를 조작하여 전체 시스템과 응축관이 연결된 상태에서, 수소가 포함된 15N 가스를 가속 양성자로 조사하여 15O로 표지된 물을 생산하는 단계; 생산된 15O로 표지된 물과 잔여 가스를 순환펌프로 순환시켜 15O로 표지된 물은 냉각된 응축관에 응축시키고 잔여 가스 성분들은 다시 타겟챔버(target chamber)에 들어가도록 순환시키는 단계; 계속해서 순환하는 잔여 가스를 가속 양성자로 조사하면서 15O로 표지된 물을 냉각된 응축관에 모으고, 필요한 량이 얻어진 경우, 양성자 조사와 순환펌프의 작동을 중단하는 단계; 방향전환밸브를 조작하여 응축관을 전체 시스템에서 분리하여 외부로 연결된 관과 연결되도록 하고, 응축관을 히터로 가열하여 온도를 0℃ 이상 100℃ 이하로 올린 다음, 주사기로 생리식염수를 주사하여 15O로 표지된 물을 회수하고 잔여 생리식염수를 불활성 가스나 수소를 불어서 제거하는 단계를 포함하는 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 방법.Using the apparatus of claim 1, operating a directional valve to connect 15 N gas containing hydrogen with accelerated protons to produce water labeled with 15 O while the entire system and the condensation tube are connected; Circulating the produced 15 O-labeled water and residual gas with a circulating pump to condense the 15 O-labeled water into a cooled condenser tube and circulate the remaining gas components back into the target chamber; Collecting 15 O-labeled water into a cooled condenser tube while continuing to irradiate the circulating residual gas with accelerated protons, and stopping the operation of the proton irradiation and the circulating pump if the required amount is obtained; By operating the directional control valve raise the temperature of the condensing pipe and to connect the pipe connected to the outside away from the entire system, by heating the condensate pipe to the heater in a range from 0 ℃ 100 ℃ then, by injecting a saline solution into the syringe 15 recovering the water labeled with O and a method of production of water covers the residual saline in 15 O 15 N of reusing comprises the step of removing by blowing an inert gas or hydrogen. 제5항에 있어서, 수소가 포함된 15N 가스를 0.1~5 L/min의 양으로 순환시키는 것을 특징으로하는 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 방법.The method of producing 15 O-labeled water for reusing 15 N according to claim 5, wherein the 15 N gas containing hydrogen is circulated in an amount of 0.1 to 5 L / min. 제5항에 있어서, 응축관을 히터로 가열하여 온도를 0℃ 이상 100℃ 이하로 올린 다음, 불활성 가스를 불어서 15O로 표지된 물을 회수하는 것을 특징으로 하는 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 방법.6. The method of claim 5, in 15 O reusing 15 N, characterized in that the recovery of raising the temperature by heating the condensate pipe to the heater in a range from 0 ℃ 100 ℃ then, the blowing of the inert gas labeled with 15 O water Method of producing labeled water. 제5항에 있어서, 15O로 표지된 물을 회수한 후에 알콜 또는 아세톤을 먼저 흘려서 잔여 생리식염수를 제거하고, 불활성 가스나 수소를 불어주어 유기용매를 증발시키는 것을 특징으로 하는 15N를 재사용하는 15O로 표지된 물의 생산 방법.The method of claim 5, wherein after recovering the water labeled with 15 O to remove residual physiological saline by flowing alcohol or acetone first, and to reuse 15 N characterized in that the evaporation of the organic solvent by blowing inert gas or hydrogen. Process for producing water labeled with 15 O.
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