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放射性药物制备通常包括放射性核素生产、被标记载体的合成、放射性核素标记载体三个步骤。对于单光子类显像剂和治疗类药物的制备，上述三个步骤比较明显，正电子类显像剂的制备，后两个步骤往往同时完成。
被标记载体的作用是携带放射性核素到达靶器官或组织，达到诊断或治疗的目的。因此，载体可以是一般的化学药物、生物活性物质，也可以是专门为核医学诊断或治疗而设计的物质。放射性药物的标记方法包括合成法（化学合成、生物合成）、交换法、络合法（直接、间接络合）等。现将常用放射性核素的生产及几种重要的放射性核素标记药物的制备介绍如下。
天然放射性核素一般不适合医学应用。临床上使用的放射性核素多是通过人工方法获取，主要是通过放射性核素发生器（generator）淋洗、核反应堆和加速器生产。此外，也可从裂变产物中提取。
放射性核素发生器是从一种长半衰期的母体核素中分离短半衰期的子体核素的装置。每隔一段时间，分离一次子体，有如母牛挤奶，故又俗称“母牛”。它的出现，使得某些短半衰期的核素的应用成为可能，其使用方便，在临床上应用广泛。表3-1 中列举了几种常用的医用核素发生器及其母核与子核的性质和洗脱剂。
表3-1 用于临床核医学的部分放射性核素发生器
上述放射性核素发生器除 188 W- 188 Re 发生器， 90 Sr- 90 Y发生器为治疗用核素发生器外，均为诊断用放射性核素发生器。
尽管核素发生器可以提供部分核素，但大多医用放射性核素是由回旋加速器生产的。回旋加速器能够加速质子、氘核、α粒子等带电粒子，这些粒子轰击各种靶核，引起不同的核反应，生成不同的放射性核素。医学中常用的回旋加速器生产的核素有 11 C、 13 N、 15 O、 18 F、 123 I、 64 Cu 等。
回旋加速器发明于1930 年，其基本原理是：带电粒子在磁场中做圆周运动，采用变化电极的方法，使粒子在较低电压下通过多次加速获得高能。
由于回旋加速器每次生产一个品种的核素，整个加速器的消耗都要加到这个产品中，所以加速器生产的核素价格较为昂贵。
反应堆放射性核素是将含有有关原子核的适当对象放入反应堆活性区，利用高注量中子来轰击（或叫辐照），使有关原子核发生核反应而产生的。被轰击的对象称为靶，做靶的材料叫作靶材料，靶材料的有关元素及其有关原子核称为靶元素和靶核。由于中子是电中性的，不受原子核库仑势垒的影响，它很容易进入被轰击的靶核，进而实现核反应，使该靶核转变为所需的放射性核素。其主要生产方法有2 种：①通过慢中子轰击 235 U在反应堆中作短时间的辐照，就可以得到其中很有用的短半衰期核素如 133 Xe、 99 Mo 等常用核素都是这样生产的；②利用核反应堆强大的中子流轰击各种靶核，吸收中子后的靶核发生重新排列，变为不稳定的新核素（放射性核素），如 31 P（n，γ） 32 P、 50 Cr（n，γ） 51 Cr 和 88 Sr（n，γ） 89 Sr 等。
核反应堆生产放射性核素的优点：能同时辐照多种样品、生产量大、辐照操作简单等。缺点是：多为富中子核素，通常伴有β - 衰变，不利于制备诊断用放射性药物；核反应产物与靶核大多数属同一元素，化学性质相同，难以得到高比活度的产品。
锝是过渡元素，原子序数为43，目前已有38 个同位素。 99m Tc 发射单一能量的γ射线。 99m Tc 具备了单光子显像用放射性核素的所有优势，是目前临床核医学用途最广泛的显像用核素。
从 99 Mo- 99m Tc 发生器用生理盐水淋洗得到的 99m Tc 的化学形式是高锝酸钠，高锝酸自身很稳定。临床上最常用含有亚锡离子的还原剂，将其还原成 99m Tc 的+3、+4、+5 价态，此时具有活泼的化学性质，可与其他化学基团形成络合物和螯合物，成为新的放射性药物。
目前市售的 99m Tc 配套药盒，是将除 99m Tc 以外的一切材料，包括某被标记化合物、还原剂、络合剂等组装在一个密封瓶内，需要时加入 99m Tc 新鲜淋洗液，待反应完毕，即可使用。
氟的化学性质活泼，取代化合物分子中的氢后，化合物的生物学性质变化不大。 18 F通常由回旋加速器生产，其半衰期（ T 1/2 =110min），有利于标记较复杂化合物和临床应用，下面简单介绍常用 18 F标记的放射性药物。
无载体的 18 F - 是用97%以上的 18 O - 水经核反应 18 O（p，n） 18 F制得，经阴离子交换捕获，将靶水与 18 F - 分离后，再用适量的生理盐水淋洗即得无色、无菌、无热原、适合静脉注射的制剂，其pH 4.5～8.0，放化纯度应大于95%。无载体的 18 F - 进入体内，99%以上被骨摄取，并不与血浆白蛋白结合，加上PET高分辨率，是理想的骨显像剂。
以1，3，4，6-四乙酰基-2-三氟甲磺酰吡喃甘露糖为起始原料，经亲核反应、水解和纯化三步合成制得。其pH 4.5～7.5，放化纯度应大于90%。［ 18 F］-FDG与天然葡萄糖（Glu）的结构十分相似，可以经葡萄糖转运蛋白主动运输进入细胞膜，而后在己糖磷酸激酶作用下磷酸化生成2-［ 18 F］氟-6-磷酸-脱氧葡萄糖。但与葡萄糖相比，其不能进一步在异构酶的作用下继续代谢，同时由于其带有负电荷不能自由通过细胞膜，只能滞留在细胞内，因此它可以使葡萄糖代谢旺盛的组织或器官（如肿瘤、脑灰质和心肌）显影，并由此计算出葡萄糖代谢率。其也是最重要的PET诊断剂，已广泛应用于肿瘤、中枢神经系统疾病和心脏疾病的诊断。
68 Ge- 68 Ga 发生器是由母核 68 Ge（ T 1/2 =287 天）和子核 68 Ga 组成。其使用如下所示。它具有母体半衰期长，便于长期使用，子核放射性 68 Ga（ T 1/2 =68min； β + ：1.9MeV）是正电子发射核素，具有易标记，半衰期较适中，降低患者所受的辐射剂量等优点。FDA已经批准 68 Ga-（DOTA-Phe l -Tyr 3 ）Octreotide 药物用于神经内分泌肿瘤的诊断。
在用于标记生长抑素类似物的正电子核素中， 68 Ga 被研究的最为广泛和深入，目前较为成熟的有 68 Ga-DOTATOC、 68 Ga-DOTANOC、 68 Ga-DOTATATE等，并均取得了令人满意的结果。多数研究表明， 68 Ga-奥曲肽的显像结果要优于 111 In-奥曲肽（图3-1）。
图3-1 68 Ga-奥曲肽
抽取0.05mol/L HCl 5ml 对锗-镓发生器进行淋洗，流速1ml/min，收集淋洗液，每支1ml 共5 支。分别进行活度检测，选取活度最大的2 支洗脱液合并至2ml，直接加入预先制备的DOTA-TATE（20～40μg）中。体系pH为4.0 左右，控温85℃，反应15min。若放化纯度大于96%，通过0.22μm 微孔滤膜即可。若标记产率低于95%，以Sep-pak 柱进行分离，获得 68 Ga-DOTATATE注射液。Radio-TLC测定，固定相：ITLCSG；流动相：77g/L醋酸铵水溶液与甲醇按1：1 混合后，再与pH为5 的0.1mol/L柠檬酸按1：3 混合； 68 Ga胶体在原点（Rf =0.0）； 68 Ga-DOTA-TATE（Rf = 0.9～1.0）。
前列腺特异性膜抗原（PSMA）是一种分子质量为100kDa 的膜结合糖蛋白，该蛋白的表达程度与前列腺癌发展紧密相关，尤其在前列腺癌症晚期PSMA呈高度表达，不仅如此，PSMA在前列腺癌转移灶的细胞中也具有特异性的高度表达，其成为前列腺癌的分子显像与靶向治疗的理想靶点。 68 Ga-PSMA-617 是目前最为常用特异性前列腺癌PET显像探针（图3-2）。
图3-2 68 Ga-PSMA-617 的标记过程
抽取0.05mol/L HCl 5ml 对锗-镓发生器进行淋洗，流速1ml/min，收集淋洗液，每支1ml 共5 支。分别进行活度检测，选取活度最大的2 支洗脱液合并至2ml，直接加入预先制备的PSMA-617（20μg）中。体系pH为4.0 左右。控温85℃，反应 15min，标记过程见上图。若放化纯度大于96%，通过0.22μm 微孔滤膜，即可。若标记产率低于95%，以Sep-pak 柱进行分离，获得 68 Ga-PSMA-617 注射液。
固体靶核素是指由固体靶材料经过回旋加速器轰击之后获得的核素。在制备过程中通常将靶材料镀在基板靶盒上。靶盒一般多为银或铌。固体靶轰击后可以多次使用。在固体靶中生产出的核素需要传送出来，进行分离、提取、纯化。铜一般为 64 Cu 2+ 的形态出现。 64 Cu 的标记一般有2 种标记方法。①直接标记：铜的最稳定价态是+2 价，可以与配位基团的分子络合，形成配位数为4（ATSM）或者配位数位6（EDTA）的稳定络合物；②间接标记：通过含有DOTA、NOTA结构双功能螯合剂进行标记，一般用于单克隆抗体与多肽的标记。
177 Lu 具有适宜的物理半衰期（6.7 天），发射平均能量为133keV的β粒子，在组织中的平均射程为670μm，适合杀死肿瘤组织；同时发射能量为113keV（6.4%）和208keV（11.0%）的γ射线用于显像，可监测和指导治疗过程，对患者造成的辐射剂量也较少。 177 Lu 可以通过反应堆辐照生产，其低成本和易得性的特点使其适用于生产放射性药物。因此， 177 Lu 是近年来受到广泛关注的可用于肿瘤治疗的放射性核素。 177 Lu 的标记主要通过间接合成法来实现，SCN-Bz-DOTA是比较理想的双功能螯合剂，通过其与单克隆抗体的偶联获得标记前体。在较温和的条件下，可以实现较高的标记率。
2018 年，FDA批准了 177 Lu-DOTA-TATE（Lutathera）用于治疗影响胰腺或胃肠道的一类癌症，即胃肠胰腺神经内分泌肿瘤。