放射性標記

自20世紀40年代出現了核反應堆和開始供應碳14（形式為BaCO3）起,就開始了碳14標記化合物的研製、生產和應用。以後隨着氫 3(氚)、碘 125、碘 131、硫35、磷 32等放射性同位素商品的問世,相應的標記化合物的研製、生產和應用也迅速發展,80年代初,國際上以商品形式出售的標記化合物，包括氨基酸、多肽、蛋白質、糖類、核苷酸、核苷、嘌呤、嘧啶、甾族、類脂化合物，以及醫學研究用的腫瘤抗原、激素、受體、維生素和藥物等，品種已達2000多種，其中以碳14和氚標記的化合物佔多數。

放射性標記常用標記方法有化學合成法、同位素交換法和 生物化學法。通常是根據所需標記化合物的組成、結構及應用要求來選擇合適的放射性核素，然後再根據可提供的含有所需放射性核素的原料，結合應用要求來設計其標記路線。原料的物理化學性質不同，所採用的標記路線也不同。用易於檢測的一種或兩種放射性核素給某種化合物分子打上“記號”的方法。作“記號”的放射性核素，如果是該化合物分子中固有元素的同位素，一般稱為同位素標記,否則稱為非同位素標記。標記後的化合物,除了具有特定的放射性並具有足夠的比活度（見活度）和放化純度外，其化學和生物學性質與無標記的相應化合物相同，或在實用意義上非常近似。

根據放射性原子在分子中的分佈情況，可分為以下五種：①特殊標記，放射性原子明確無誤地分佈在分子中已知的特定位置上；②均勻標記，放射性原子以統計均勻的形式分佈在整個分子中；③一般標記，放射性原子以一種不確定的形式分佈在分子中；④標稱標記，放射性原子被標記的位置未經實驗證實；⑤雙標記，在標記分子中出現兩種不同的放射性原子或在分子中兩個不同的位置上出現同種放射性原子，或將單獨標記的兩種分子加以混合。

20世紀初，特別從40年代起，人們一直在探索各種標記方法，如化學合成法、生物化學法、同位素交換法、輻射合成法、熱原子反衝標記法等，但常用的方法有：化學合成法、生物化學法、同位素交換法。

標記方法的選擇和分離、分析、儲存方法的確定，取決於以下因素：①所用核素的種類和它的起始原料、中間體的化學形式；②標記類型對產物的比活度、放化純度的要求；③操作過程中核衰變、自輻解、生物活性的保持，以及安全防護等。

化學合成法 是製備氚、碳14、磷 32、硫35、碘 125等核素標記化合物的最有效的方法,主要特點是應用傳統的化學合成路線，在 2～10毫摩爾微量操作條件下，採用最簡短的放射性操作程序來完成標記的化學反應。常用的起始原料有：3HHO、3H2、NaBH33H、Ba14CO3、14CO2、32PCl3、32P2S5、32P2O5、32PH3、35SO2、H335SO4、H335S和Na125I。幾種常用的化學合成反應如下：　化學合成法的優點是能控制標記原子在被標記分子中的位置（氚有例外）和產品的純度、比活度等，但它不能得到純的光學異構體形式，故對生物大分子的標記顯得無能為力。

生物化學法 　基於單細胞生物(如藻類)和植物（如離體葉片），以及粗製酶或純酶的應用，近年來已成為製備高比活度、高產額並能保持其天然構型的標記化合物的重要方法。主要用於碳14的標記，其次是磷32、硫35的標記。例如，將植物葉片置於14CO2氣氛中培養，通過光合作用可以生成碳14均勻標記的氨基酸、核苷酸和糖類等多種化合物。

碳14生物化學法標記，一般可同時得到具有較高比活度的多種均勻標記的化合物，並能保持其生物活性。缺點是不能用來製備其他標記類型的標記化合物。在磷32或硫35生物化學法標記中，由於酶反應的專一性，標記反應可在極微量條件下進行，常用來製備具有較高比活度並保持生物活性的特殊標記類型的化合物。

同位素交換法 　同位素交換反應可用下式表示：該法特別有利於氚標記，80年代初國際市場上許多品種的氚標記化合物是採用此法制得的。該法也有利於碘125、硫35的標記。同位素交換法操作簡便，適宜於對天然化合物或結構複雜的藥物的標記，其缺點是放射性核素的利用率低，標記位置常常不可預知，比活度低，產品純化困難等。隨着微波放電法和低壓氚化粒子束等方法的應用和改進，該法可望有新的進展。

標記化合物的純化和分析　標記化合物的純化、分析及其穩定性的研究是標記方法本身的延續。評價任何一種標記程序（方法）的好壞，最重要的指標是是否具有能分離出高放化純度和化學純度產物的能力。色譜法，如柱色譜、薄板色譜、紙色譜以及高效液相色譜等，是一類常用的分離純化標記化合物的方法。但它們對於結構類似的化合物的分離有時也會遇到困難，因此產物純度的確證仍需要直接的實驗測試。標記化合物純度的分析，指放化純度、化學純度（兩者通常都要求達到95%以上）的分析和標記的位置、生物活性等的測定。所用的方法中，除了一般常規的熔點、沸點、折光、旋光、紫外、紅外、核磁、氣-液色譜外,目前對於非揮發性樣品的檢定，最重要的是各種放射性色譜技術和反相同位素稀釋法，而對於揮發性樣品的檢定，則採用放射性氣相色譜法及高效液相色譜法。最佳的方法為高效液相色譜法與反同位素稀釋法的匹配使用。對於放射性強度的測定和標記位置的確定，通常採用放射性液體閃爍譜儀和核磁共振譜儀等手段常用於標記的放射性核素原料有碳14(碳酸鋇)、氚（氚氣）、碘125（碘化鈉溶液）、碘131（碘化鈉溶液）、磷32（磷酸溶液）等。常用放射性核素及其主要性質見表。

需要放射性標記的化合物要求具有一定的比活度（見活度）和放化純度。對於某些用於放射免疫分析用的標記化合物還要求具有一定的免疫活性。在放射性標記化合物的研製和生產中，除了一般的分析測試方法（如熔點、沸點、折光、旋光、紫外、紅外等）外，最常用的是放射性色譜方法。此方法是色譜分離技術（如紙色譜、柱色譜、薄板色譜、氣相色譜、高效液相色譜等，見色譜法）和放射性探測技術的結合。由於放射性標記化合物主要作為示蹤劑應用，一般均要求有較高的放化純度。比活度的大小則是根據需要的不同而異，並不是越高越好。例如，在做動物的分佈代謝試驗時要求氚標記化合物的比活度為居里每摩爾級，而在放射免疫分析中則要求為居里每毫摩爾級。

放射性標記化合物帶有放射性，而射線會使化合物本身產生自輻解,所以對於放射性標記化合物的貯存,除了要考慮減少化學分解、微生物分解外，還要考慮如何減少自輻解。標記化合物的自輻解一般有三種方式：①初級內分解，它是由放射性同位素本身的衰變所造成的，是不可避免的；②初級外分解，是由放射性同位素放出來的射線與標記化合物直接作用造成的，可以用分散標記分子的辦法來減少射線的作用；③次級分解，是由放射性核素放出的射線與溶劑作用後產生的激活物質與標記化合物作用而造成的，可以用加入遊離基清除劑的辦法來阻止。降低温度和分散標記分子對防止次級分解也是有利的。目前通用的貯存方法是加入某些溶劑（如苯、乙醇、水等）於低温下保存。另外也有一些是滴加在紙片上在低温條件下保存或是冷凍乾燥後在4℃貯存。

由於自身放射性衰變，具有發射不同能量的射線等特殊性質，在醫學和生物學中成為重要的技術和工具，用於機體的微量活性物質的測定和示蹤研究中最重要的分析試劑和示蹤劑。

放射性標記方法的用途很多，在醫學上廣泛用於體內、體外診斷和病理研究。用於體外診斷的競爭放射性分析是20世紀60年代發展起來的微量分析技術。應用這種技術只要取很少量的體液（血液或尿液）在化驗室分析後，即可進行疾病診斷。其原理是：人體患病會引起體液中某些微量活性物質含量的變化。在待測樣品（血樣或尿樣）中加入一定量的、與待測活性物質相同的放射性標記化合物，再加入有限量的某種特異結合劑進行競爭性結合。待測樣品中某種活性物質少，則與特異試劑結合的放射性標記化合物就多；反之則少。通過測定結合物放射性的大小，對照標準曲線即可求得該樣品中活性物質的量，從而就可以輔助判斷病情。由於競爭放射性分析體外診斷的特異性強、靈敏度高、準確性和精密度好，可以測到納克甚至皮克，許多疾病就可能在早期發現，為有效防治提供了條件。這種體外診斷技術在先進國家中已廣泛採用。中國在這方面發展也極為迅速，生產供應的放射免疫分析藥盒近40種，甲種胎兒蛋白放射免疫分析在肝癌的普查中取得了很好的結果，三碘甲腺原氨酸和甲狀腺素的放射免疫分析對防治克山病也起了很大的作用。（見碘標記化合物）。

放射性標記作為靈敏的檢測及示蹤方法，除了醫學應用不可缺少外，在農業、工業、生物學、遺傳工程、藥物學等領域也都得到了廣泛的應用。例如，磷32和硫35標記的核苷酸在遺傳工程研究中已成功地用於脱氧核糖核酸和核糖核酸的分子序列測定、缺口標記和分子雜交。