CC BY
62
I II в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
dye with near-IR absorption/emission and high photostability.// Organic Letters, 2011. № 13. P. 632-635.
5. Synthesis of [l]Benzopyrano[4,3-é]pyrrol-4(l//)-ones from 4-Chloro-3-formylcoumarin ./ Alberola Angel, Calvo Luis, Gonzalez-Ortega Alfonso, Encabo Alfonso P.. Sañudo M. Carmen.// Synthesis, 2001. №13. P. 1941-1948.
УДК 666.1.037.97
Г.H. Атрощенко, И.Л. Селиваненко, В.Н. Сигаев
Международная лаборатория функциональных материалов на основе стекла Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
СТЕКЛЯННЫЕ МИКРОСФЕРЫ В СИСТЕМЕ У20.гЛ120.;-8Ю2 С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ИТТРИЯ
Yttrium aluminosilicate (YAS) glasses containing yttrium oxide to 22 mol. % and with minimized impurity content have been obtained and their crystallization properties examined. Plasma torch of original design has been developed and manufactured, which provides highly effective production of the YAS glasses microspheres. Microspheres of the 20-32 |im diameter have been fabricated to be applied in brachytherapy.
Получены иттриевые алюмосиликатные (YAS) стекла с содержанием оксида иттрия до 22 мол. % и с минимизированным содержанием примесей, изучены их кристаллизационные свойства. Разработан и изготовлен плазматрон оригинальной конструкции, обеспечивающий высокоэффективное получение микросфер из порошков YAS стекол. Изготовлены микросферы диаметром 20-32 мкм для применений в брахитерапии.
Микросферы с распределением по диаметру, близким к монодисперсному, могут быть использованы в радиотерапии как средство транспортировки радиации для лечения опухолей в различных органах человека, в частности, печени. Эта терапия особенно важна в случае рака с неблагоприятным прогнозом. В связи с этим все больший интерес проявляется к стеклам в системе Y203-Al203-Si02 (YAS) и микросферам на их основе. Перед введением в организм микросферы подвергаются облучению в ядерном реакторе, при этом в результате облучения тепловыми нейтронами в YAS стекле образуется короткоживущий изотоп Y90 с периодом полураспада 64,1 часа, достаточным для осуществления доставки препарата в клинику и проведение лечения [1-2]. Алюмосиликатные бесщелочные стекла, к которым принадлежат и YAS стекла, устойчивы к радиационным повреждениям, нетоксичны, химически стойкие и практически нерастворимы в воде, что исключает проблему вымывания радиоактивного материала. Основные требования, предъявляемые к микросферам, используемым в радиотерапии, сводятся к тому, что присутствие каких-либо инородных включений и кристаллических частиц не допускается (не допускается также наличие каких-либо частиц, имеющих острые кромки, сколы и другие дефекты поверхности), а
С й 6 X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
отклонение формы от сферической по диаметру не должно превышать 10% [3-4].
Эффективность лечебного действия микросфер возрастает при увеличении количества атомов иттрия в препарате, однако количество вводимого в организм пациента препарата следует минимизировать. Поэтому важной задачей является повышение содержания УгОз в микросферах и, соответственно, увеличение эффективности готового препарата и снижение его стоимости. До настоящего времени удалось получить микросферы из УАБ стекла с содержанием УгОз 17 мол.%.
В данной работе получены УАБ стекла и микросферы на их основе с содержанием УгОз от 17 до 22 мол. % при следующих соотношениях компонентов (мол. %): У203 17-22, А1203 19-25, БЮг 53-64. Варка УАБ стекол происходила при температурах 1600-1650°С в электрической печи в тигле из дисперсно-упрочненной платины марки ДУПС-СМ. В качестве реактивов использовали УгОз, А1(ОН)з и БЮг квалификации о.с.ч. Выработка стекол осуществлялась прессованием или прокаткой расплава через охлаждаемые изнутри проточной водой металлические валки из жаропрочной стали, вращающиеся навстречу друг к другу с угловой скоростью 1500 об./мин, что позволило получить пластинки стекла толщиной не более 200 мкм.
Использование микросфер в медицинских целях требует повышенной чистоты как исходных реактивов (больше чем 99.9 %), так и готового препарата. В процессе помола стекла возможно его загрязнение материалом мелющих тел (в нашем случае АЬОз). В качестве помольного оборудования использовали истиратель с корундовыми мелющими дисками. Загрязнение стеклопорошка оксидом алюминия приводит к наличию не оплавившихся частичек АЬОз с неровными краями в готовом препарате. Идентификация частиц АЬОз была осуществлена петрографическим методом с применением оптического микроскопа МИН-8. Установлено, что размеры частиц АЬОз, образовавшихся в процессе помола, имеют размеры преимущественно менее 20 мкм и могут быть полностью отделены от сферических частиц с помощью мокрого рассева. Режимы помола выбирали таким образом, чтобы минимизировать количество намола. Установлено, что помол стекла состава 22У20з-22А120з-568Ю2, выработанного в виде чипов, до заданной удельной поверхности требовал примерно в три раза меньше времени, чем помол гра-нулята, полученного дроблением монолитной отливки стекла. Вследствие этого помол стекла из чипов оказывается существенно менее энергоемким (в 2-3 раза) и, кроме того, более эффективным по сравнению с помолом отливки, поскольку в полученном стеклопорошке резко (в шесть раз) снижено количество намола и пылевидной фракции с размером частиц менее ~5 мкм. Экспериментально установлено, что наиболее близким к оптимальному для получения микросфер размерами 20-35 мкм (наиболее распространенными в практике брахитерапии) в шаровой мельнице является помол стеклянного чипа толщиной не более 200 мкм длительностью 40 мин, размером 80-100 мкм - 10 мин, размером 10-30 мкм - 120 мин.
Для классификации стеклопорошка использовали ситовой анализатор К^сИ АБ 200 с функцией мокрого рассева. Полученные порошки дисперс-
С II в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
ностью в различных диапазонах (0-15, 15-35, 20-32, 20-50 мкм и др.) были использованы для получения микросфер по стандартной процедуре путём оплавления стеклопорошка в потоке плазмы на электродуговом плазматроне мощностью 25 кВт. Схема разработанного плазматрона приведена на рисунке 1. Сферидизация частиц стекла осуществляется в аргоновой плазме, для создания которой используется модернизированный плазматрон обратной полярности КАМА-1М с рабочим током до 500 А. Дозирование исходных частиц стекла осуществляется шнековым дозатором (1) с регулируемой скоростью вращения шнека. На выходе из шнека частицы подхватываются потоком транспортного аргона величиной 4-5 л/мин, который осуществляет их доставку в дугу плазматрона. На анод плазматрона (2) подается положительный потенциал с инвертерного блока питания ТОРУС-250. Отрицательный потенциал подается на водоохлаждаемый медный псев до катод (3), имеющий центральное коническое отверстие, через которое, пролетает аргоновая дуга, содержащая частицы стекла. Температура дуги достигает 11000 С. В дуге происходит расплавление частиц стекла и их сферидизация под действием сил поверхностного натяжения. Пролетевшие через псевдокатод сферические частицы попадают в емкость охлаждения (4), размеры и конфигурация которой подобраны таким образом, чтобы частицы стекла до момента касания с приемной емкостью (5) успели остыть до температуры ниже температуры пластической деформации.
Рис. 1. Схема разработанного плазматрона: 1 - ш нековы и дозатор, 2 - анод плазматрона, 3 - водоохлаждаемый псевдокатод, 4 - емкость для охлаждения сферидизованных частиц, 5 - приемная емкость.
В результате проведения варок и исследования полученных стекол, порошков и микросфер нами установлено, что за счёт применения высоких температур варки (до 1650° С) и использования метода интенсивного охлаждения расплава, стекло без примесей кристаллической фазы может быть получено в области составов от 17 до 22 мол.% У20з. При этом установлено,
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 11 (127)
что между содержанием УгОз и АЬОз должно соблюдаться соотношение: содержание УгОз не должно превышать содержание АЬОз. Разработана методика варки и выработки высоко-иттриевого алюмосиликатного стекла с минимизированным содержанием примесей. Умеренная кристаллизационная способность УАБ стекол с соотношениями компонентов УгОз 17-22, АЬОз 19-25, БЮг 53-64 в зоне выработки позволила получать стекла, не содержащие следов кристаллической фазы.
Полученные порошки УАБ стекол дисперсностью 20-32 мкм и микросферы тех же размеров представлены на рис. 2 и 3. Микросферы характеризовались огненно-полированной поверхностью (рис. 3) и имели диаметр в пределах 20-30 мкм (доля частиц размером менее 15 мкм составляла менее 3%, а частицы размером более 32 мкм отсутствовали), обнаружили полностью аморфную структуру без присутствия кристаллических включений, высокую изометрию формы (асферичность частиц менее 5%), высокую химическую стойкость (первый гидролитический класс). Микросферы указанных размеров представляют большой интерес для использования в брахите-рапии.
1. K. Kossert, H. Schrader. Activity standardization by liquid scintillation counting and half-life measurement of 90Y.- Appl. Radiat. Isot., 2004. 40. P.741-749.
2. James S. Welsh. Beta radiation.- The Oncologist., 2006. 11. P. 181-183
3. R.V.P. Mantravadi, D.G. Spignos, W.S. Tan [et al.]; // Radiology, 1982.142. P. 783.
4. S. Ho et al. Clinical evaluation of the partition model for estimating radiation doses from yttrium-90 microspheres in the treatment of hepatic cancer. // European Journal of Nuclear Medicine, 1997. 24. P. 293-298.
Рис. 2. Порошки YAS стекла дисперсностью 20-32 мкм
Рис. 3. Микросферы YAS стекла диаметром 20-30 мкм
Библиографические ссылки
