15 차시,

원자력의 의료적 이용 등

가. 방사성 의약품 - 방사성의약품의 체내 장기 집적 원리 - 진단용 체내 투여 방사성의약품의 필요 조건 - 핵의학 검사 나. 방사면역측정(Radioimmunoassay) 다. 신약 개발 라. 싸이클로트론을 이용한 RI 생산

의료적 이용

가. 방사성의약품

- 체내투여진단/치료, 체외진단 등에 쓰이는 RI 총칭

방사성의약품의 체내 장기 집적 이론

- 식균 작용

- 세포의 격리작용

- 이온교환

- 단순 확산

- 생화학적 과정

- 약리학적 작용

진단용 체내투여 방사성의약품 필요조건

- 단반감기

- 순수 감마선 방출(α, β선 방출 없을 것)

※ 치료용 : β선 방출핵종 흔히 사용

- 적당한 감마선 에너지

- 비방사능이 높을 것

- 저렴

𝑇𝑐99𝑚 - 반감기 : 6시간 - α, β선 방출 없이 감마에너지(140keV) - 비방사능 : 104~106 𝐶𝑖/𝑔

핵의학 검사

- in-vivo 검사

RI를 표지한 의약품을 인체에 투여, 방출되는 방사선에 의해

진단 검사.

예) 인체 특정부위(간, 신장,폐, 담낭, 뼈 등)에 Tc-99m을 표지,

장기에 섭취된 RI에서 방출되는 감마선 검출(감마카메라)

※ 갑상샘(I-123, I-131), 심장(Tl-201), 폐(Xe-133), 악성종양

(Ga-67) : 대부분이 α, β방출 않고, 감마선만 방출하여

인체 영향 적고, 반감기가 짧고, 체내에서 급속히 감소

※ 양전자 방출단층촬영(PETCT) :

C-11, N-13, O-15, F-18등 양전자 방출 핵종의

소멸방사선을 체내 RI이동 분포를 단층 상 묘사 5

- in-vitro 검사

인체 시료(혈액, 뇨, 변 등)를 이용하여 시험관내에서 RI핵종 을 함유한 시약과 반응시켜 질병 진단.

- 혈액중에 함유된 미량의 호르몬, 암 표지자에 대해 정상

수치와 비교 진단.

예) 갑상샘호르몬, 인슐린, 성장호르몬 등과 같은 호르몬 양

이나 간암에서 증가되는 αFP, CEA(대장암), PSA(전립선암)

등의 분비물 측정

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나. 방사면역측정법(Radioimmunoassay, RIA)

- 방사성추적자를 이용하여, 혈중, 뇨중 미량의

물질을 측정, 진단. 항체와 항원의 결합반응을

이용하므로 면역측정이라함.

- RI를 사용하여 내분비학 영역에서 인슐린,

성장호르몬 등 단백성호르몬 측정.

- 혈청속에 존재하는 미량의 약제 측정,

바이러스 효소 측정등

- 대표적인 RI : I-125

방사면역측정(RIA) 방법이 가능하기 위한 보편적이고 필수적인 조건

① 특이성이 있는 항체가 얻어질 수 있을 것

② 목적물질을 RI로 표지한 표지화합물이

있을 것

③ 항체와 결합한 부분과 비결합 부분의

분리가 가능할 것

다. 신약 개발

• 신약개발시 효능과 안전성에 관한 다각적인 조사 필요

• 추적자(H-3, C-14, P-32, S-35, I-125 등) 활용, 쥐 등 실험동물에 RI를 투여한 후, 얇게 절편을 만들어 필름에 밀착하여 방사선 사진작용에 의한 감광시켜, 체내의 RI 분포상태 감지(autoradiography, 방사선자동사진법)

• 실험동물의 장기나 배설물 중에 포함되어 있는 방사능을 측정하여 RI의 축적비율, 배설속도 예측하여, 신약물질의 체내 작용, 약품효과 파악

• 농약의 개발이나 안전성 평가에서도 미생물이나 곤충, 동식물에 대하여도 실험 연구 진행 중

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라. 사이클로트론을 이용한 RI 생산

사이클로트론을 이용해 생산된 RI는

양성자 과다 핵종 ☞ 양전자방출, 전자포획으로 붕괴

np

𝑝 + 𝑒− → 𝑛 + 𝑣

Cf. 원자로에서 생산된 RI : 중성자 과다 핵종 ☞

pn

수산업, 농업 분야 이용

어류의 回遊

어류의 먹이에 Eu를 섞으면, 어류의 耳石, 지느러미, 비늘에 집적됨.

어류내의 Eu를 방사화분석, 방류한 치어가 어떤 비율로 회귀하는 지 파악.

작물의 생리 생태연구

다수확, 우량작물 개발을 위해 RI 추적자로 작물의 생리 생태 작용 파악

예) 녹색식물의 광합성 작용을 연구한 결과 광합성 반응에서 방출되는 산

소는 CO2에서 유래된 것이 아니라 물로부터 유래됨을 밝힘.

(O-18로 표지한 물을 사용하여 식물에 투여)

- 식물체의 영양이 되는 원소를 추적자로 사용하면, 어느 부위에 흡수되는

지, 영양 결핍되면 그 부위가 어떤 생장효과를 나타내는 지 알 수 있음

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병충해 방제에 이용

- 해충에 X선을 조사, 생식기능을 억제시켜, 조사된 해충은

정상적인 암수 교미 기회를 잃게 하면, 결국 무정란만 낳게

되어 해충 멸종

예) 가축에 기생하는 나사벌레에 25-30Gy 방사선 조사후

방사하여 미국남부에서 완전 박멸,

과실에 피해를 주는 광대파리에 응용하여 완전 근절,

면화재배 목화해충 방제, 인도(모기구제),

아프리카(체체파리 박멸 등)

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식품학적 이용

- 식품 보존: 생산 못지않게 보존, 가공도 중요

- 저장 중에 미생물, 해충, 효소 등으로 약 15% 손실발생

따라서 식품저장방법의 개발은 15% 이상의 간접 증산 효과

- 기존의 저장방법은 저온저장, 가스저장, 약제저장이 있으나 약제성분 잔류

- 식품에 방사선 조사시 살균, 살충, 발아·발근 억제 등 효과가 있으나, 조사

식품의 안전성, 소비자의 수용성 등의 문제점으로 실용화 지연

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< 농산물이나 식품의 저장 또는 가공에 대한 방사선의 효과 >

1. 식품의 보존기간 연장(방사선조사시 식품에 열이 발생하지 않아 고열로 인한 식품변성 없음)

2. 낮은 조사선량으로도 보존성을 일시적으로 연장 효과 3. 방사선처리로 기생충 등 해충 구제 4. 방사선조사에 의하여 과실의 숙성, 착색증진, 품질개선 5. 방사선 처리로 생장점에 장해를 유발시켜 야채류의 발아 억제 6. 포도주 숙성 등

• 식품저장시 베타선 이용 이유:

알파선은 비정이 짧아 조사 중 공기분자에 흡수되어

목적물에 도달못함.

식품 저장시 물질의 심부조사 보다

표면 살균이 주 목적이므로

감마선 등의 높은 투과력 보다는

전리능력이 크기 때문에 살균효과 우수

• 방사선 조사 식품

투과력이 높은 광자의 경우, 너무 많은 양을 조사하여 살균

하게되면 식품 냄새, 변색 등 부작용 초래

* KAERI에서 방사선조사로 한국우주식품 개발

- 김치, 라면, 수정과, 불고기, 전주비빔밥, 미역국, 짬뽕, 음료 등

* 미국에서는 1960년대부터 우주인용 식품 개발

※ 사용 방사선 선원 및 선종은 Co-60의 감마선으로 한다.

토양비료 - 농작물 재배시 합리적인 시비관리법 연구 - RI표지 비료를 시비했을 때와 토양에 존재했던 것인지 비교 하여 시비 시기, 시비량, 시비 위치 파악

농업토목분야 - 지하수 개발 및 지하수 연령, 용수량 조사, 저수지 누수위치 파악, 관개수 이동과 속도 측정 등 - 종래 누수 탐지는 물감을 이용했으나, Na-24 등 반감기가 짧고, 흡착성이 적은 RI의 방사능 검출 ※ 반감기가 길고 세기가 강한 RI는 방사능 오염 우려 감안

임업 - 수목의 영양 생리, 임산물 목재 강도 강화, 목재 내부의 부패 정도의 비파괴 검사, 합판 접착제의 접착력을 방사선 조사 로 성능 향상

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유전공학

• 방사선의 염색체 변이작용을 이용하여

DNA의 인위적 조작

• 이용분야 : 농작물, 가축의 우량 품종 개발, 난치병 치료 등 생명공학분야 발전 기여

• H-3, P-32, S-35, I-125등으로 DNA염기서열

방사선 조사, 특정 DNA 염색체상 위치 결정

• 인슐린, 성장호르몬, 인터페론 등 의약품개발 등

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탄소(C-14) 연대 측정 • 원리 : 모든 생물 조직속에 특정 탄소 성분이 일정비율로 유

지 ※ C-14는 불안정 핵종으로 쉽게 붕괴하지만 광합성이나 대기

로부터 지속적으로 공급받아 생물체에 C-14의 체내비율 유지됨,

생명이 끝난 것은 붕괴로 C-14(반감기 5730년) 농도 줄어듬

우주선의 고속중성자가 대기중 질소와 충돌, C-14 생성 𝑁14 + 중성자→ 𝐶14 + 양자

☞ 고고학 연대 측정 대표기술로 유적, 패총, 지층에서 발견된 목탄,

곡물, 나무열매, 목재, 조개껍질 등 수백년에서 수만년까지 측정

• 암석이나 지층연대 특정을 위해 U, Th등 장반감기의 RI 이용하여, 수십억년된 시료의 연대 측정 가능

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