Son Haberler

MR Kontrast Maddesi Gadolinyum Nedir?

-
Eylül 12, 2022
MR Kontrast Maddesi Gadolinyum Nedir?

Gadolinyum, manyetik özellikleri sebebiyle ehemmiyetli bir lantanittir. MR ilaçları gadolinyum bazlıdır. Gelecek için umut taahhüt eden elementlerdendir.

MR Kontrast Maddesi Gadolinyum Nedir?

Gadolinyum, ender toprak elementleri arasındaki olağandışı özellikleri sebebiyle ehemmiyetli işlevler için seçim edilen bir elementtir. Manyetik özellikleri, gadolinyumu lantanitler arasında ayrıcılıklı konuma yükseltir. MR görüntüleme uygulamalarında hastaya verilen gadolinyum bazlı ilaçlar, kontrastlı başka bir deyişle daha nitelikli görüntüler almaya imkân sağlar. Bazı gadolinyum izotoplarının yüksek nötron emme özelliği de mucizevi olarak görülür. Bilgisayar belleklerinden mıknatıslara kadar birçok üründe gadolinyumun manyetik özelliklerinden etkisinden yararlanılır. İsmini dinlediğinizde afallamışlık yaşayabilirsiniz; ancak gadolinyum bildiğiniz gibi değil…


Tarihçesi

Gadolinyum, 1880 senesinde İsviçreli kimyacı Jean Charles Galissard de Marignac tarafından gadolinit mineralinde keşfedilmiştir. 1886 senesinde Fransız kimyacı Paul Emile Lecog de Boisbaudran tarafından metal gadolinyum izole edilmiştir.

Marignac, gadolinit minerallerinden alınan bir oksit misalinde gadolinyuma ait spektroskopik çizgiler gözlemledi. Bu çizgilerin yeni bir elemente işaret ettiğini fark ederek gadolinyum oksidi ayrıştırdı. Yeni oksidi “gadolinia” olarak adlandırdı. Boisbaudran ise, Marignac’ın bulgusunu doğruladı ve gadolinyum metal ayrımını yaptı. Yüzde 99,3 oranında saf metalik gadolinyum, ilk olarak Fransız kimyacı ve mühendis Felix Trombe tarafından 1935 senesinde izole edildi. Aynı sene içinde Georges Urbain, Pierre Weiss ve Felix Trombe gadolinyumun oda sıcaklığında ferromanyetik hale geldiğini keşfetti.

“Gadolinyum” sözcüğü, Fin kimyacı ve mineralog Johan Gadolin’in adından esinlenilerek türetilmiştir. Reelinde “Gadolinyum” adının çok uzun bir hikâyesi var. 1787 senesinde İsveç’in Ytterby kasabası yakınlarındaki bir madende kömüre benzeyen bir mineral bulundu. Seneler sonra “ittria” ismi verilen bu mineralden bir misal alan Finlandiyalı kimyacı Johan Gadolin, 1794 senesinde Finlandiya’da minerali araştırdı. Gadolin, inceleme neticelerini “yeni bir oksit” olarak yayınladı. Gadolin’i şereflendirmek için bu minerale “gadolinit” ismi verildi. İtriyum elementi kapsadığı için bu minerale bulunduğu kasabaya atfen “itterbit” ismi de verilir. Gadolinitte bulunan yeni minerale de, Gadolin’i şereflendirmek için “gadolinyum” ismini Boisbaudran önermiş, Marignac da onaylamıştır. İngilizcesi “gadolinium”dur.


Fiziksel ve Kimyevi Özellikleri

Gadolinyumun kimyevi sembolü “Gd”dir. Atın numarası 64, atom ağırlığı 157,25, yoğunluğu 7,9 gcm3’cins. Erime noktası 1313 derece, kaynama noktası 3273 derecedir. Periyodik tablonun 3-B grubunda ender toprak elementler başka bir deyişle lantanit serisinde yer alır. Öteki lantanitlere benzer biçimde metalik parlak, gri renktedir. Kristal yapısı oda sıcaklığında hekzagonaldır. Orta derecede sünek, orta derecede serttir. Kimyevi özellikleri bakımından lantana benzer. Gadolinyumun metal formu, olağandışı süper geçirgen özelliğe sahiptir. Elektropozitifliği yüksektir.

Gadolinyum, bileşiklerinde +3 kıymetliklidir. Kuru havadan etkilenmez, nemli havada yüzeyinde ince bir oksit tabakası oluşur. Tuzları beyazdı, yüksek sıcaklıkta erir. Solüsyonları renksizdir. Suyla usulca tepkine girer, seyreltik asitlerde çözünür. 810 derecenin altındaki sıcaklıklarda süper geçirgendir. Muhtelif metallerin oksitlerini elementlerine indirgeyen güçlü bir indirgeyici casustur.

Tabiatta saf olarak bulunmaz. Yerkabuğunda en bol bulunan elementler arasında 40. sıradadır ve milyonda 4,5 ila 6,5 oranında bulunur; ağırlık bakımından kgda 6,2 miligram oranında gadolinyum içeriği vardır. Yerkabuğunda nikel ve arsenik kadar boldur. Öteki ender toprak elementleri ile minerallerde bir arada bulunur. Yaygın mineralleri; gadolinit, samarskit, ksenotim, monazit ve bastnasittir. Minerallerden iyon başkalaşımı ve çözücü ekstraksiyon usulleri ile elde edilir. Metal gadolinyum, susuz flüorürü metalik kalsiyum ile indirgeme usulü ile elde edilir. Nükleer fizyon ürünleri arasında da bulunur.

Gadolinyum, tabiatta 7 izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar; Gd-152 % 0,20, Gd-154 % 2,18, Gd-155 % 14,8, Gd-156 % 20,47, Gd-157 % 15,65, Gd-158 % 24,84 ve Gd-160 % 21,86 biçimindedir. Gd-152, alfa ışını yayan radyoaktif bir izotoptur. Gd-157 izotopunun son derece yüksek nötron emme özelliği vardır. Natürel izotoplarının karışımı da çok yüksek nükleer absorpsiyon kesitine sahiptir. Nükleer izomerleri hariç atom kütle numaraları 133 ila 169 arasında değişen ve yarılanma ömürleri bilinen 32 radyoaktif izotopu karakterize edilmiştir. En bol kararlı izotopu Gd-158’den daha düşük kütleli izotoplarının birincil bozunma modu elektron tutma; bozunma ürünleri ise evropiyum izotoplarıdır. Daha yüksek atom kütleli izotoplarının birincil bozunma modu ise beta bozunumudur ve bozunma ürünleri terbiyum izotoplarıdır.

Gadolinyumun manyetik özelliği, sabit diskler gibi çok sayıda üründe kullanılmasını sağlar.

Gadolinyumun Manyetik Özellikleri

Gadolinyum, oda sıcaklığında güçlü bir manyetiktir. Ferromanyetik, paramanyetik, manyetokalorik özellikler gösterir.

Şöyle ki; gadolinyum, 17 dereceden düşük sıcaklıklarda ferromanyetiktir; başka bir deyişle bağıl manyetik iletkenlikleri 1’den çok fazla büyüktür. Oda sıcaklığında ferromanyetik olma özelliği, lantanitler arasında yalnızca gadolinyumda bulunur. Daha düşük sıcaklıklarda demirden daha ferromanyetik hale kazanç. Oda sıcaklıklarının üzerinde güçlü bir paramanyetiktir; başka bir deyişle yalnızca manyetik alan tesiri altında mıknatıslanma veya manyetizasyonlarını koruyabilirler. Bağıl manyetik iletkenlikleri 1’den büyüktür. Kendisini mıknatıslaştıran cisim tarafından çekilebilir. Kısacası; Curie noktası veya sıcaklığı, 17 derecedir. 17 derece, ferromanyetik halden paramanyetik hale geçtiği kritik sıcaklıktır. Paramanyetizma alanında çalışan Pierre Curie’nin hatırasına bu kritik sıcaklığa “Curie noktası” denmektedir.

Gadolinyum, aynı zamanda manyetokalorik tesiri yüksektir, başka bir deyişle; “artan ya da eksilen bir manyetik alan altında bulunan manyetik malzemenin entropisindeki metamorfozdan kaynaklanan adyabatik sıcaklık başkalaşımı” biçiminde bir tesiri vardır. Bilimsel açıklamasını özetlersek; manyetik alana girdiğinde sıcaklığı çoğalır, manyetik alanı terk ettiğinde sıcaklığı eksilir.

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Gadolinyum, tıp, metalürjik ve nükleer alanlarda kullanılabilen bir elementtir. Demir, krom ve benzeri metallerle bazı alaşımlarda kullanılır. Alaşımlara yüzde 1 oranında katılan gadolinyum; alaşımların sertlik, elektrik ve ısı geçirgenliği, sürükleme gerilimi ve işlenebilirlik gibi özelliklerini iyileştirir. Tesirli termal nötron tutma özelliği sebebiyle nükleer reaktörlerdeki hakimiyet çubuklarında kullanılmaktadır. Manyetokalorik tesiri sebebiyle manyetik soğutma uygulamalarında kullanılabilir. Gadolinyum itriyum granülleri mikrodalgalarda kullanılır. Renkli televizyonlarda kullanılan yeşil fosforların bileşenlerinde gadolinyum da bulunur.

Gadolinyum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; refrakter uygulamaları, seramikler, optik sırça, x-ray ekranları, katalitik uygulamalar, kalıcı mıknatıslar, bilgisayar yongaları, hard diskler, CD’ler, mikrodalgalar, kameralar, flüoresan lambalar, tomografi sintilatörleri, manyetik soğutma aygıtları…

Renkli beyin MR’ı görüntüsü… Gadolinyum katkılı kontrast maddeleri, MR uygulamalarında nitelikli görüntü alınmasını sağlar.

Gadolinyum ve Sağlık

Gadolinyum, tıp alanında kullanılan elementlerden bkocamandır. MR görüntüleme uygulamalarında kullanılan bileşenlerdendir. MR tarayıcılarda beden kesitleri çok güçlü manyetik alana maruz kalırlar. Paramanyetik özeliği bulunan gadolinyumun titreşim frekansı, MR manyetik titreşim makinelerindeki hidrojen titreşim frekansına çok yakındır. Bu sebeple bedenin iç yapılarını görüntüleme uygulamalarında MR nitelikli görüntüler alınmasını sağlar. Kontrast artırmak için en yaygın kullanılan bileşikler gadolinyum bazlıdır.

Bedene ağız veya enjekte yoluyla alınan kontrast maddeleri, yumuşak dokular tarafından süratle emilir. Bu biçimde özellikle urlu hücrelerin MR uygulamalarında iyi seviyede görüntülemesine imkân sağlar. Uygulanan bu operasyona “kontrastlı MR” ismi verilir. Gadolinyum, bedende depolanmaz, bir müddet sonra atılır. Bu sebeple çok ideal bir kontrast maddesidir. MR uygulamalarında kontrast maddelerin ehemmiyetli bir bvefatı gadolinyum kapsayan casuslardır.

Gadolinyum kapsayan görüntüleme casusları ve kontrast maddelerinin bazı yan tesirleri ortaya çıkabilir. Bunlardan bazıları şunlardır; kusma, düşük tansiyon, kurdeşen, alerjik tepkinler, kasık sızıları, gırtlak ödemi, astım, böbrek zararları, cilt ve bağ doku fibrozlar nefrojenik sistemik fibrosiz.

Gadolinyum kontrast katkılarının alerjik yan tesirlerinin görülme oranı 10 bin hastada 1’dir. En ehemmiyetli yan tesiri, nefrojenik sistemik fibrosiz NFS hastalığıdır. Ender görülen zayıflatıcı ve öldürebilen bir hastalıktır. Böbrek rahatsızlıkları olan bireylerde daha sık görülür. Cilt ve bağ dokularında fibrosiz ile karakterize, edinsel bir sistemik hastalıktır. Ciltte kalınlaşma, sertleşme, kızarıklık, papüller, plaklar ve tende portakal kabuğu görünümü gibi belirtileri vardır. Eklemlerde de görülebilir. Bu yan tesirin görülme oranı da 100 hastada 1 birey veya daha az bir orandır.

Ayrıca, Gd-152 izotopu ise, osteoporoz araştırmaları ve kemik yoğunluğu ölçümlerinde kullanılmaktadır.

Bunları Biliyor Musunuz?

Gadolinyum, bütün elementler arasında azami termal nötron tutma kesitine sahiptir. Nötron tutma için en uygun izotoplar olan Gd-155 ve Gd-157, gadolinyum minerallerinde çok az ölçülerde bulunur.
Gadolinyumun, manyetokalorik başka bir deyişle manyetik soğutma özelliği sebebiyle gelecekte buzdolaplarının soğutucu bileşenlerinde kullanılabileceği değerlendiriliyor.
Gadolinyum kapsayan minerallerin madenleri ağırlıklı olarak Çin, ABD, Brezilya, Sri Lanka, Hindistan ve Avustralya’da bulunur.
Dünya üzerindeki gadolinyum rezervlerinin 1 milyon tonun üzerinde olduğu hipotez ediliyor.
Dünyada genelinde senede 400 ton ortamında saf gadolinyum üretiliyor.