Aplicación de nanopartículas de y-alúmina como adsorbente de molibdeno-99 para la producción de tecnecio-99 metaestable como radioisótopo de uso médico

Abstract

La crisis global de disponibilidad del Molibdeno-99, precursor del Tecnecio-99 metaestable en medicina nuclear, ocurrida entre 2007 y 2009 debido al cierre de reactores nucleares, generó la suspensión de servicios médicos. Con múltiples reactores programados para cerrar pronto, se propone la producción de 99mTc a partir de 99Mo de activación neutrónica utilizando nanopartículas de γ-alúmina considerando su potencial para futuras aplicaciones en matrices para generadores de 99Mo/99mTc. El objetivo principal es evaluar las propiedades de adsorción del Molibdeno en nanopartículas de γ-alúmina de dos tamaños y analizar el rendimiento de elución del 99mTc en condiciones óptimas. Para optimizar la adsorción, se varían parámetros como pH, tamaño de partícula del adsorbente y efecto de aniones sulfato, cloruro, nitrato y acetato. Los resultados indican que las nanopartículas de γ-alúmina, en condiciones óptimas de pH 4, mejoran hasta diez veces la adsorción de 99Mo comparado con la alúmina convencional. Las nanopartículas de 80 nm, con superficie BET de 186 m²/g, muestran mejor rendimiento como matriz por su propiedad hidrofóbica y efectividad en adsorción. En contraste, las nanopartículas de 5 nm, con superficie BET de 148 m²/g, presentan limitaciones por su naturaleza hidrofílica, dificultando la filtración. Los estudios indican que el modelo cinético de pseudo-segundo orden y la isoterma de Freundlich representan mejor el proceso de adsorción. El perfil de avance en columna indica que las nanopartículas de γ-alúmina de 80 nm retienen hasta 140 mg Mo/g a pH 4. En un potencial generador, podría eluirse hasta 10 mCi de 99mTc tras 24 horas de crecimiento, adecuado para aplicaciones pediátricas. Este trabajo destaca la utilidad de nanopartículas de γ-alúmina como adsorbentes de 99Mo de baja actividad específica, clave en medicina nuclear.

The global crisis in the availability of Molybdenum-99, precursor of Technetium-99 metastable in nuclear medicine, occurred between 2007 and 2009 due to the shutdown of nuclear reactors, led to the suspension of medical services. With multiple reactors scheduled to shut down soon, this study proposes the production of 99mTc from neutron-activated 99Mo using γ-alumina nanoparticles, considering their potential for future applications in 99Mo/99mTc generator matrices. The main objective is to evaluate the adsorption properties of Molybdenum on γ-alumina nanoparticles of two sizes and analyze the elution performance of 99mTc under optimal conditions. To optimize adsorption, parameters such as pH, adsorbent particle size, and the effect of sulfate, chloride, nitrate, and acetate anions are varied. Results indicate that γ-alumina nanoparticles, under optimal pH 4 conditions, improve 99Mo adsorption up to tenfold compared to conventional alumina. The 80 nm nanoparticles, with a BET surface area of 186 m²/g, demonstrated better performance as a matrix due to their hydrophobic property and effectiveness in adsorption. In contrast, the 5 nm nanoparticles, with a BET surface area of 148 m²/g, presented limitations due to their hydrophilic nature, hindering filtration. Studies indicate that the pseudo-second-order kinetic model and the Freundlich isotherm best represent the adsorption process. The column breakthrough profile indicates that the 80 nm γ-alumina nanoparticles retain up to 140 mg Mo/g at pH 4. In a potential generator, up to 10 mCi of 99mTc could be eluted after 24 hours of growth, suitable for pediatric applications. This work highlights the utility of γ-alumina nanoparticles as adsorbents for low-specific-activity 99Mo, essential in nuclear medicine.