Deuterium is een stabiel isotoop van waterstof. Dit isotoop heeft iets andere eigenschappen dan zijn meest voorkomende natuurlijke isotoop (protium) en is waardevol in vele wetenschappelijke disciplines, waaronder nucleaire magnetische resonantiespectroscopie en kwantitatieve massaspectrometrie. Het wordt gebruikt voor onderzoek naar uiteenlopende onderwerpen, van milieustudies tot ziektediagnose.

De markt voor chemicaliën met stabiele isotopenlabeling heeft het afgelopen jaar een dramatische prijsstijging van meer dan 200% laten zien. Deze trend is met name merkbaar bij de prijzen van basischemicaliën met stabiele isotopenlabeling, zoals 13CO2 en D2O, die in de eerste helft van 2022 begonnen te stijgen. Daarnaast is er een aanzienlijke toename te zien in de prijzen van biomoleculen met stabiele isotopenlabeling, zoals glucose of aminozuren, die belangrijke componenten zijn van celkweekmedia.

Een toegenomen vraag en een beperkter aanbod leiden tot hogere prijzen.

Wat heeft precies zo'n significante impact gehad op vraag en aanbod van deuterium in het afgelopen jaar? Nieuwe toepassingen van met deuterium gelabelde chemicaliën zorgen voor een groeiende vraag naar deuterium.

Deuterering van actieve farmaceutische ingrediënten (API's)

Deuteriumatomen (D, deuterium) hebben een remmend effect op de snelheid waarmee geneesmiddelen in het menselijk lichaam worden afgebroken. Het is bewezen dat deuterium een ​​veilig bestanddeel is in therapeutische geneesmiddelen. Gezien de vergelijkbare chemische eigenschappen van deuterium en protium, kan deuterium in sommige geneesmiddelen als vervanging voor protium worden gebruikt.

Het therapeutische effect van het geneesmiddel wordt niet significant beïnvloed door de toevoeging van deuterium. Metabolismeonderzoek heeft aangetoond dat geneesmiddelen die deuterium bevatten over het algemeen hun volledige werkzaamheid behouden. Deuteriumhoudende geneesmiddelen worden echter langzamer gemetaboliseerd, wat vaak resulteert in een langer aanhoudend effect, lagere of minder doses en minder bijwerkingen.

Hoe vertraagt ​​deuterium het metabolisme van geneesmiddelen? Deuterium is in staat sterkere chemische bindingen te vormen binnen geneesmiddelmoleculen dan protium. Aangezien het metabolisme van geneesmiddelen vaak gepaard gaat met het verbreken van dergelijke bindingen, betekenen sterkere bindingen een langzamer metabolisme van het geneesmiddel.

Deuteriumoxide wordt gebruikt als uitgangsmateriaal voor de productie van diverse deuterium-gelabelde verbindingen, waaronder gedeuterde actieve farmaceutische ingrediënten.

Gedeutereerde glasvezelkabel

In de laatste fase van de glasvezelproductie worden glasvezelkabels behandeld met deuteriumgas. Bepaalde soorten glasvezels zijn gevoelig voor een afname van hun optische prestaties, een verschijnsel dat wordt veroorzaakt door chemische reacties met atomen in of rond de kabel.

Om dit probleem te verhelpen, wordt deuterium gebruikt ter vervanging van een deel van het protium in de glasvezelkabels. Deze vervanging verlaagt de reactiesnelheid en voorkomt degradatie van de lichttransmissie, waardoor de levensduur van de kabel uiteindelijk wordt verlengd.

Deuterering van siliciumhalfgeleiders en microchips

Het proces van deuterium-protiumuitwisseling met deuteriumgas (deuterium²⁻; D₂) wordt gebruikt bij de productie van siliciumhalfgeleiders en microchips, die vaak in printplaten worden toegepast. Deuteriumgloeien wordt gebruikt om protiumatomen te vervangen door deuterium om chemische corrosie van chipcircuits en schadelijke effecten van hete ladingsdragers te voorkomen.

Door dit proces te implementeren, kan de levensduur van halfgeleiders en microchips aanzienlijk worden verlengd en verbeterd, waardoor de productie van kleinere chips met een hogere dichtheid mogelijk wordt.

Deuterering van organische lichtemitterende diodes (OLED's)

OLED, een afkorting voor Organic Light Emitting Diode (organische lichtemitterende diode), is een dunnefilmcomponent die bestaat uit organische halfgeleidermaterialen. OLED's hebben een lagere stroomdichtheid en helderheid in vergelijking met traditionele lichtemitterende diodes (LED's). Hoewel OLED's goedkoper te produceren zijn dan conventionele LED's, zijn hun helderheid en levensduur minder hoog.

Om baanbrekende verbeteringen in OLED-technologie te realiseren, is de vervanging van protium door deuterium een ​​veelbelovende aanpak gebleken. Dit komt doordat deuterium de chemische bindingen in de organische halfgeleidermaterialen die in OLED's worden gebruikt, versterkt. Dit biedt diverse voordelen: chemische degradatie verloopt trager, waardoor de levensduur van het apparaat wordt verlengd.