Chromi-51 (Cr-51) là đồng vị của Chromi được sử dụng làm chất đánh dấu (nhãn) phóng xạ từ nhiều thập kỷ trước. Cr-51 cũng được sử dụng như một dược phẩm phóng xạ chẩn đoán các bệnh về thận để xác định mức lọc cầu thận và về huyết học để xác định thể tích hoặc khối lượng hồng cầu, nghiên cứu thời gian sống sót của hồng cầu và đánh giá lượng máu bị mất.
Chromi là nguyên tố hóa học có ký hiệu Cr và số hiệu nguyên tử bằng 24, là nguyên tố đầu tiên của nhóm 6. Cr là kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao. Bề mặt chromi được bao phủ bởi 1 lớp màng mỏng Cr2O3, nên có ánh bạc và khả năng chống trầy xước tốt. Hợp chất chromi được sử dụng lần đầu tiên bởi người Trung Quốc vào khoảng 2000 năm trước, thuộc triều đại nhà Tần, nhằm chế tạo vũ khí, bảo vệ khỏi các tác nhân oxy hóa. Ở phương Tây, năm 1761, khoáng sản Crocoit (ngoài ra còn được biết đến với tên khác là Chì đỏ Siberia) được dùng như chất màu trong hội họa, ở dạng bột vụn thì khoáng sản này có màu vàng, trong khi ở dạng tinh thể thì có màu đỏ. Quặng Chromite (thành phần chính là FeCr2O4, được biết đến với tên khác là Ferrochrome) được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp luyện kim, từ quặng chromic sau khi tinh chế và người ta dùng phản ứng nhiệt nhôm để điều chế Cr. Chromi được coi là kim loại có giá trị cao bởi tính chống ăn mòn tốt và độ cứng rất cao, nên được dùng như chất thêm vào thép nhằm cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng độ cứng, thép có thêm Cr được gọi là thép không gỉ hay Inox.
Quặng chromit
Chromi nguồn gốc tự nhiên có 03 đồng vị ổn định: Cr-52, Cr-53 và Cr-54 với Cr-52 là phổ biến nhất (83,789%); 19 đồng vị phóng xạ với Cr-50 có chu kỳ bán rã trên 1,8x10e17 năm và Cr-51 với chu kỳ bán rã 27,7 ngày. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 ngày và phần lớn là ít hơn 1 phút. Nguyên tố này cũng có 2 siêu trạng thái. Cr-53 là sản phẩm phân rã từ hạt nhân phóng xạ Mn-53. Hàm lượng đồng vị chromi nói chung thông thường gắn liền với hàm lượng đồng vị mangan và có ứng dụng trong địa chất học đồng vị. Các đồng vị của chromi có nguyên tử khối từ 43 amu (Cr-43) tới 67 amu (Cr-67).
Cr-51 có chu kỳ bán rã 27,7 ngày và phân rã bằng cách bắt giữ electron và phát ra tia gamma (0,32 MeV). Cr-51 được tạo ra trong lò phản ứng bằng cách kích hoạt neutron. Năng lượng cao và hiệu suất thấp (9,8%) của phát xạ gamma-photon từ sự phân rã của hạt nhân phóng xạ này đòi hỏi tinh thể NaI lớn (thường là 3 inch) để đầu dò đếm gamma phát hiện được. Cr-51 có thể được sử dụng làm chất đánh dấu phóng xạ trong phân tích pha loãng đồng vị. Sau khi thêm một lượng chất đánh dấu vào mẫu, Cr-51 được tách bằng quy trình đo tỷ lượng phụ. Theo giả định rằng tỷ lệ đồng vị cho mẫu chuẩn sẽ không bị thay đổi bởi quy trình tách, nồng độ Cr-51 ban đầu có thể được tính từ các tỷ lệ hoạt độ đo được. Tuy nhiên, giả định này chỉ hợp lệ nếu cả chất đánh dấu Cr-51 ban đầu và được thêm vào đều có cùng trạng thái oxy hóa và được phân bố đồng nhất. Toàn bộ quy trình chuẩn bị mẫu phải được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu này. Trong y tế, Cr-51 được sử dụng để gắn vào các tế bào hồng cầu đo khối lượng hoặc thể tích, thời gian sống và sự cô lập nhằm chẩn đoán xuất huyết tiêu hóa; gắn vào tiểu cầu để nghiên cứu khả năng sống sót của chúng. Trong lĩnh vực môi trường, Cr-51 được xử dụng để theo dõi sự di chuyển của cát, nghiên cứu xói mòn bờ biển.
Chuỗi phân rã Cr-51
Đối với lĩnh vực y tế: Cr-51 là dược chất phóng xạ được sử dụng để gắn vào tế bào hồng cầu và tiểu cầu. Ưu điểm của hạt nhân phóng xạ này là dễ gắn nhãn, hấp thụ hồng cầu tốt, độc tính thấp và tốc độ rửa giải thấp, ổn định. Với thời gian bán hủy phóng xạ khá dài, Cr-51 phù hợp với hầu hết các nghiên cứu về sự sống và phục hồi của hồng cầu. Tuy nhiên, thời gian bán hủy dài này gây khó khăn khi cần thực hiện nhiều nghiên cứu trong một khoảng thời gian ngắn, vì các đường cong sống sót chồng chéo khiến việc tách các nghiên cứu riêng lẻ trở nên khó khăn. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách hiệu chỉnh bức xạ dư, tách các nghiên cứu cho đến khi hạt nhân phân rã hoặc bằng cách sử dụng các hạt nhân phóng xạ thay thế. Cr-51 được cung cấp dưới dạng chất phóng xạ natri cromat (Na2CrO4) gắn nhãn tế bào. Cromat hóa trị sáu đánh dấu các tế bào màu đỏ bằng cách liên kết nhanh và thuận nghịch với màng tế bào màu đỏ. Sau khi khử thành trạng thái hóa trị ba, ion cromic liên kết chậm hơn và chắc hơn với chuỗi β-globin của huyết sắc tố nội bào và có thể cả với các phối tử nội bào khác. Hiệu quả đánh dấu là khoảng 90%. Các tế bào màu đỏ trẻ hơn chiếm nhiều chất đánh dấu hơn so với các tế bào già.
Hiệu quả gắn chất đánh dấu Cr-51 vào tiểu cầu thấp (9%) so với hồng cầu (90%). Do đó, điều quan trọng là các chế phẩm tiểu cầu phải không có tế bào hồng cầu trước khi được gắn Cr-51. Quy trình gắn vào tiểu cầu với Cr-51 khó hơn so với các tế bào hồng cầu. Tuy nhiên, liều Cr-51 cần thiết cho các nghiên cứu hình ảnh đòi hỏi phát xạ gamma-photon cao, nên thường cao không thể chấp nhận được đối với hầu hết các ứng dụng khác trong y học truyền máu.
Tiêm dược chất gắn Cr-51 vào cơ thể
Từ năm 1966, Stacy và Thorbourn đã dùng ethylene diamine tetraacetate (EDTA) gắn Cr-51 để xác định tốc độ lọc cầu thận (Glomerular Filtration Rate: GFR). EDTA-Cr51 có độ tinh khiết hóa phóng xạ rất cao và bền. EDTA-Cr51 liên kết ít với protein huyết tương và các tế bào máu. Nó được lọc qua cầu thận và không bị can thiệp bởi các tiểu quản trong thận. Độ thanh lọc ngoài thận là không đáng kể. Có rất ít EDTA-Cr51 còn lại trong thận và ít hơn 1% sau 24h tiêm. Hoạt tính phóng xạ của Cr-51 cũng dễ đo trong tinh thể không cần hiệu đính phân rã. Trong số những thuốc phóng xạ để làm GFR thì Cr-51 có liều chiếu xạ thấp, có độ chính xác cao trong thăm dò độ thanh lọc, hệ số biến thiên dưới 5%. EDTA-Cr51 là thuốc phóng xạ lý tưởng để làm nghiệm pháp GFR trên người lớn và trẻ em.
Đối với lĩnh vực môi trường: Quy trình phủ đồng nhất các hạt cát bằng oxit crom có chứa Cr-51 được sử dụng trong nghiên cứu chuyển động của cát. Các hạt cát được phủ một lớp amoni dicromat chứa Cr-51 bằng cách làm bay hơi dung dịch nước hoặc dung dịch cồn của muối tiếp xúc với các hạt và muối sau đó được phân hủy bằng cách nung nóng đến nhiệt độ từ 200°C đến 500°C. Khoảng 70% Cr bám chắc vào các hạt cát và chống mài mòn kéo dài trong nước biển. Một số phương pháp khác cũng được đề cập nhưng quá trình phân hủy nhiệt của amoni dicromat được thực hiện tốt hơn do quy trình đơn giản và tỷ lệ chất đánh dấu tương đối cao bám vào các hạt. Từ việc nghiên cứu sự dịch chuyển của cát, các nhà khoa học có thể theo dõi khả năng xói mòn bờ biển.
Từ khóa: Chromi; đồng vị phóng xạ; Cr-51; cầu thận; huyết học; theo dõi chức năng;
– CMD&DND –
