Un nouveau type de cuivre issu du réacteur nucléaire
Le Cu-64 est un isotope du cuivre nécessaire aux applications médicales. Il est toutefois très difficile à produire. L'université technique de Vienne a trouvé une nouvelle méthode alternative.
L'isotope du cuivre Cu-64 joue un rôle important en médecine : on l'utilise pour des procédés d'imagerie, mais il a également un potentiel dans le traitement du cancer. Il n'existe toutefois pas dans la nature - il faut le produire artificiellement, ce qui est coûteux. Jusqu'à présent, on bombarde des atomes de nickel avec des protons. Lorsque le noyau de l'atome de nickel absorbe le proton, le nickel se transforme en cuivre. L'université technique de Vienne a toutefois montré qu'il existait une autre voie : On peut transformer le Cu-63 en Cu-64 par bombardement neutronique dans le réacteur nucléaire. Cela est possible grâce à une astuce spéciale - la "chimie de récupération".
Veronika Rosecker
TU Wien
Le nickel devient du cuivre
Les atomes de cuivre ont 29 protons - le nombre de neutrons peut varier. La variante de cuivre la plus courante est le Cu-63, avec 34 neutrons. Elle est stable. Le Cu-64 cependant, des atomes de cuivre avec un neutron supplémentaire, sont radioactifs, il se désintègre avec une demi-vie d'à peine 13 heures. Cela fait du Cu-64 un isotope intéressant pour la médecine : il est suffisamment stable pour être transporté dans le corps à l'endroit souhaité, mais il se désintègre assez rapidement pour que l'exposition du patient aux radiations soit la plus faible possible.
"Jusqu'à présent, le Cu-64 est produit dans un cyclotron", explique Veronika Rosecker de l'université technique de Vienne. "On peut produire du cuivre-64 en utilisant du nickel-64 et en le bombardant de protons. Le proton est alors absorbé et un neutron est éjecté - c'est donc ainsi que le nickel-64 devient du cuivre-64". Cette méthode fonctionne très bien, mais elle est coûteuse - et elle suppose que l'on dispose d'un cyclotron et de nickel-64 - un isotope également assez rare.
Du cuivre avec un neutron supplémentaire
C'est pourquoi l'idée de produire du Cu-64 non pas à partir du nickel, mais à partir du Cu-63 s'impose. Pour cela, il suffit d'ajouter un seul neutron aux noyaux atomiques de cuivre, ce qui est possible dans un réacteur nucléaire. Mais on se heurte ici à un autre problème : "Si l'on bombarde le cuivre-63 avec des neutrons, on obtient certes des noyaux de cuivre-64, mais il est presque impossible de séparer ces noyaux atomiques des noyaux atomiques de cuivre ordinaires", explique Martin Pressler. "On obtient donc un produit final qui contient beaucoup de cuivre ordinaire et seulement d'infimes traces du cuivre-64 souhaité".
Mais ce problème peut désormais être résolu - c'est là qu'intervient la "chimie de recoil". Ce phénomène est connu depuis près de 100 ans, mais n'a pas encore été utilisé pour la production de radio-isotopes d'intérêt médical. On peut en effet, avant de bombarder les atomes de cuivre avec des neutrons, les incorporer dans des molécules. "Or, lorsque l'atome de cuivre 63 de la molécule absorbe un neutron et devient ainsi du cuivre 64, il a d'abord une grande quantité d'énergie qui est émise sous forme de rayonnement", explique Veronika Rosecker. L'atome de cuivre émet un photon dans le domaine des rayons gamma - et il ressent ainsi un recul, exactement comme une fusée qui émet du carburant pour fusée. Ce recul peut alors entraîner l'arrachement de cet atome de la molécule.
"Cela signifie que nous avons maintenant une séparation nette du cuivre-63 et du cuivre-64", explique Veronika Rosecker. "Les atomes de cuivre-63 sont liés dans les molécules, tandis que les atomes de cuivre-64 sont présents sans être liés. Ainsi, les deux isotopes peuvent être séparés chimiquement sans problème".
La molécule adéquate
L'élément décisif pour la réussite de cette technique a été de trouver la molécule adéquate pour cela. Elle doit être la plus stable possible pour supporter les conditions d'un réacteur nucléaire, tout en étant bien soluble pour que la séparation chimique fonctionne à la fin...
"Nous avons pu répondre à toutes ces exigences avec un complexe organométallique qui rappelle un peu l'hème présent dans notre sang", explique Martin Pressler. Des substances similaires avaient déjà été étudiées auparavant, mais elles n'étaient pas solubles jusqu'à présent. Le complexe actuel a été modifié chimiquement de manière à ce que la substance soit bien soluble et qu'il soit relativement facile d'extraire les atomes souhaités après le bombardement neutronique. La nouvelle méthode est automatisable, les molécules peuvent même être réutilisées sans perte - et au lieu d'un cyclotron, il suffit d'un réacteur de recherche, comme celui de l'Université technique de Vienne.
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