Фосфор-32 ( 32 P) — радиоактивный изотоп фосфора . Ядро фосфора-32 содержит 15 протонов и 17 нейтронов , что на один нейтрон больше, чем у наиболее распространенного изотопа фосфора, фосфора-31. Фосфор-32 существует на Земле лишь в небольших количествах , поскольку он имеет короткий период полураспада (14 дней) и поэтому быстро распадается.
Фосфор содержится во многих органических молекулах , поэтому фосфор-32 имеет множество применений в медицине , биохимии и молекулярной биологии , где его можно использовать для отслеживания фосфорилированных молекул (например, при выяснении метаболических путей ) и радиоактивной метки ДНК .
Фосфор-32 имеет короткий период полураспада - 14,268 дней и распадается на серу-32 путем бета-распада [1] , как показано в этом ядерном уравнении:
В результате этого распада выделяется 1,709 МэВ энергии. [2] Кинетическая энергия электрона варьируется в среднем примерно на 0,5 МэВ, а оставшуюся часть энергии несет почти необнаружимое электронное антинейтрино . По сравнению с другими нуклидами, испускающими бета-излучение, электрон имеет умеренную энергию. Его блокирует около 1 м воздуха или 5 мм акрилового стекла .
Образовавшееся ядро серы-32 находится в основном состоянии , поэтому дополнительного гамма-излучения не происходит .
Фосфор-32 имеет важное применение в медицине , биохимии и молекулярной биологии . В природе он существует на Земле только в очень небольших количествах, а его короткий период полураспада означает, что полезные количества должны производиться синтетически. Фосфор-32 можно получить синтетически путем облучения серы-32 умеренно быстрыми нейтронами, как показано в этом ядерном уравнении:
Ядро серы-32 захватывает нейтрон и испускает протон, уменьшая атомный номер на единицу, сохраняя при этом массовое число 32.
Эта реакция также использовалась для определения мощности ядерного оружия. [3] [4]
Фосфор широко распространен в биологических системах и как радиоактивный изотоп практически химически идентичен стабильным изотопам того же элемента. Фосфор-32 можно использовать для мечения биологических молекул. Бета-излучение, испускаемое фосфором-32, обладает достаточной проникающей способностью, чтобы его можно было обнаружить вне анализируемого организма или ткани.
Многие радиоизотопы используются в качестве индикаторов в ядерной медицине, включая йод-131 , фосфор-32 и технеций-99m . Фосфор-32 особенно полезен при выявлении злокачественных опухолей, поскольку раковые клетки имеют тенденцию накапливать больше фосфата, чем нормальные клетки. [5] Местоположение фосфора-32 можно проследить снаружи организма, чтобы определить расположение потенциально злокачественных опухолей.
Излучение фосфора-32 можно использовать как в терапевтических, так и в диагностических целях. Использование 32 P-хромфосфата изучалось в качестве возможного химиотерапевтического средства для лечения диссеминированного рака яичников. [6] В этой ситуации именно долговременное токсическое воздействие бета-излучения фосфора-32, накапливающегося в раковых клетках, оказывает терапевтический эффект. Фосфор-32 широко используется для выявления и лечения рака, особенно рака глаз и кожи.
Метаболические пути организмов широко используют фосфор для образования различных биомолекул внутри клетки. Фосфор-32 находит применение для анализа метаболических путей в экспериментах с импульсной погоней , когда культуру клеток в течение короткого времени обрабатывают субстратом, содержащим фосфор-32. Последовательность химических изменений, происходящих с субстратом, можно затем проследить, определив, какие молекулы содержат фосфор-32, в несколько моментов времени после первоначальной обработки.
ДНК содержит большое количество фосфора в фосфодиэфирных связях между основаниями олигонуклеотидной цепи . Таким образом, ДНК можно отследить, заменив фосфор фосфором-32. Этот метод широко используется при Саузерн-блот -анализе образцов ДНК. В этом случае зонд ДНК, содержащий фосфор-32, гибридизуется с комплементарной ему последовательностью, где он оказывается в геле. Затем его местоположение можно определить с помощью фотопленки.
Фосфор-32 используется в науках о растениях для отслеживания поглощения растениями удобрений от корней к листьям . Удобрение, меченное фосфором-32, подается растению гидропонно или через воду в почве, а использование фосфора можно составить карту по излучаемому бета-излучению. Информация, собранная путем картирования потребления удобрений, показывает, как растение поглощает и использует фосфор из удобрений. [7]
Высокая энергия испускаемых бета-частиц и низкий период полураспада фосфора-32 делают его потенциально опасным; Его молярная активность составляет 338,61 ТБк/ммоль (9151,6 Ки/ммоль), а удельная активность — 10,590 ЭБк/кг (286,22 кКи/г). Типичные меры предосторожности при работе с фосфором-32 включают ношение личного дозиметра для контроля воздействия и радиационной защиты из акрила или плексигласа для защиты тела. Плотная защита, такая как свинец, менее эффективна из-за высокоэнергетического тормозного излучения , возникающего в результате взаимодействия бета-частицы и защиты. Поскольку бета-излучение фосфора-32 блокируется примерно 1 м воздуха, также рекомендуется носить дозиметры на частях тела, например на пальцах , которые вступают в тесный контакт с образцом, содержащим фосфор-32.