创新半自动化 [13N] 氨制备系统：临床研究的高效安全新方案

在临床研究中，[13N] 氨（[13N] Ammonia）手动制备存在辐射风险高、效率低等问题。研究人员开发并验证了半自动化的氨净化模块（APM）。结果显示其能高效制备合规 [13N] 氨，为临床研究提供了低成本、可靠的解决方案。

　　在现代医学中，心脏疾病的诊断和评估至关重要。[¹³N] 氨作为正电子发射断层扫描（PET）心肌灌注成像的关键示踪剂，能帮助医生清晰观察心肌血流灌注情况，从而有效诊断和评估心脏功能障碍。然而，在 [¹³N] 氨的制备环节，却面临着诸多难题。传统的手动制备方法在小型生产设施中较为常见，但这让操作人员长时间暴露在辐射环境下，且操作过程繁琐，效率低下，还存在安全隐患。而市面上的商业自动化系统虽然能解决部分问题，但其成本高昂，需要投入数万美元，并且依赖专有耗材，技术复杂，对于患者数量较少、通量需求较低的小型临床机构和研究应用并不适用。因此，开发一种既安全高效又经济实惠的 [¹³N] 氨制备系统迫在眉睫。

为了解决这些问题，来自国外的研究人员开展了一项关于开发和验证半自动化 [¹³N] 氨制备系统的研究。最终他们成功设计并构建了氨净化模块（APM），该系统经过验证，可用于临床研究中 [¹³N] 氨的常规生产，为临床研究提供了一种可靠且成本效益高的解决方案。这一研究成果发表在《Applied Radiation and Isotopes》上，为相关领域带来了新的突破。

研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先是基于微控制器的远程控制技术，利用 Arduino MEGA 2560 微控制器实现对模块的远程操作，减少操作人员的辐射暴露；其次是精心设计的流体电路，通过 6 - 端口流量路径阀等组件，精确控制液体和气体的流动，实现 [¹³N] 氨的捕获、洗脱等关键步骤；此外，还采用了迭代原型设计，通过制作不同阶段的原型，逐步优化模块的性能和功能。

研究结果

1. 原型设计阶段：概念验证原型使用 Rheodyne 2 - 位置 6 - 端口阀，虽能制备 [¹³N] 氨，但在多批次连续生产方面存在不足，如阀门位置反馈不清晰、清洗步骤繁琐等。工程原型则更换为 6 - 端口 3 - 槽旋转阀，增加了微控制器和冲洗功能，不过仍有部分批次制备失败，主要原因是阀门转换不及时。最终版本的 APM 进行了多项改进，如增加外壳、优化控制舱和照明等，清洗和灭菌时间缩短至 12 分钟，且成功制备了多批次 [¹³N] 氨。
2. 设备验证：最终版本的 APM 经过资格认证，符合美国药典（USP）相关标准，为提交研究性新药申请（IND）提供了支持，并获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的临床研究使用批准。
3. [¹³N] 氨的生产和纯化：详细阐述了 APM 在 [¹³N] 氨生产和纯化过程中的各个步骤，包括模块准备、清洗和灭菌、靶材调节、试剂和耗材准备、[¹³N] 氨的生产和捕获、洗脱以及纯化后冲洗等，确保了生产过程的标准化和规范化。
4. 初始结果和验证性能：概念验证原型、工程原型和最终版本 APM 的平均非衰变校正（NDC）产率分别为 52.0 ± 2.9%、57.0 ± 7.6% 和 54.7 ± 12.3%。最终版本经过连续三次高活性生产验证，所有批次均通过质量控制测试，符合各项标准。
5. 临床研究生产的扩展性能：在获得 IND 批准后，APM 继续用于临床研究，共进行了 68 次制备，仅有 3 次因耗材问题失败，平均产率为 60.7 ± 16.9%，与其他系统相比，性能可靠且具有优势。

研究结论和讨论

APM 的开发是基于项目的特定需求，其通过迭代原型设计不断优化，最终成为一款紧凑、经济高效且可靠的系统。该系统能够快速连续地纯化多批次 [¹³N] 氨，得益于优化的清洗流程，大大提高了生产效率。APM 具有诸多关键特性，如微控制器驱动的流体控制、人性化的操作界面、预配置模式以及集成的远程驱动阀门等，这些特性实现了纯化和配方步骤的自动化，减少了操作人员在热室中的手动干预，从而降低了辐射暴露风险，提高了生产过程的标准化程度，消除了操作人员的差异。同时，系统还通过双显示屏清晰展示系统状态，隔离非必要的管道以降低污染风险，并配备内置照明以提高操作可见性，进一步提升了系统的实用性。

与现有的 [¹³N] 氨制备方法相比，APM 具有显著优势。手动制备方法存在辐射风险高、劳动强度大等问题，而商业自动化系统成本高昂，不适合小型机构。APM 以仅 1100 美元的材料成本，成为了一种经济实惠的选择，它利用现成的组件，减少了对专有部件的依赖，即使是技术资源有限的小型研究机构也能轻松构建和维护。此外，APM 还具有良好的耐用性和可靠性，其半自动化结构在保证自动化优势的同时，还允许用户根据监管要求手动记录生产参数，提供了更大的灵活性。

尽管 APM 在 [¹³N] 氨制备方面取得了显著成果，但研究人员也指出了当前设计存在的一些问题，如供应和转移氩气的旋塞阀容易泄漏，需要频繁更换。针对这些问题，未来计划对系统进行改进，以进一步提高其性能和可靠性。

总的来说，APM 的成功开发和验证为临床研究中 [¹³N] 氨的制备提供了一种创新的解决方案，在提高生产效率、保障操作人员安全以及降低成本等方面具有重要意义，有望在相关领域得到广泛应用和推广。