Deuterium is een stabiele isotoop van waterstof. Deze isotoop heeft licht afwijkende eigenschappen van zijn meest voorkomende natuurlijke isotoop (protium) en is waardevol in vele wetenschappelijke disciplines, waaronder kernmagnetische resonantiespectroscopie en kwantitatieve massaspectrometrie. Het wordt gebruikt voor onderzoek naar uiteenlopende onderwerpen, van milieustudies tot ziektediagnostiek.

De markt voor stabiele isotoop-gelabelde chemicaliën heeft het afgelopen jaar een dramatische prijsstijging van meer dan 200% gekend. Deze trend is met name zichtbaar in de prijzen van basische stabiele isotoop-gelabelde chemicaliën zoals 13CO2 en D2O, die in de eerste helft van 2022 beginnen te stijgen. Daarnaast is er een aanzienlijke toename van stabiele isotoop-gelabelde biomoleculen zoals glucose of aminozuren, die belangrijke componenten zijn van celkweekmedia.

Een toegenomen vraag en een verminderd aanbod leiden tot hogere prijzen

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

Deuterisatie van actieve farmaceutische ingrediënten (API's)

Deuteriumatomen (D, deuterium) hebben een remmende werking op de snelheid waarmee geneesmiddelen in het menselijk lichaam worden omgezet. Het is aangetoond dat het een veilig ingrediënt is in therapeutische geneesmiddelen. Gezien de vergelijkbare chemische eigenschappen van deuterium en protium, kan deuterium in sommige geneesmiddelen als vervanger van protium worden gebruikt.

Het therapeutische effect van het geneesmiddel wordt niet significant beïnvloed door de toevoeging van deuterium. Metabolismestudies hebben aangetoond dat deuteriumhoudende geneesmiddelen over het algemeen hun volledige potentie en werkzaamheid behouden. Deuteriumhoudende geneesmiddelen worden echter langzamer gemetaboliseerd, wat vaak resulteert in langduriger effecten, kleinere of mindere doses en minder bijwerkingen.

Hoe heeft deuterium een ​​vertragend effect op het metabolisme van geneesmiddelen? Deuterium kan sterkere chemische bindingen 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 geneesmiddelen.

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

Gedeutereerde glasvezelkabel

In de laatste fase van de glasvezelproductie worden glasvezelkabels behandeld met deuteriumgas. Bepaalde soorten glasvezel zijn gevoelig voor een afname van hun optische prestaties, een fenomeen 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 glasvezelkabels. Deze vervanging verlaagt de reactiesnelheid en voorkomt een afname van de lichttransmissie, wat uiteindelijk de levensduur van de kabel verlengt.

Deuteratie van siliciumhalfgeleiders en microchips

Het proces van deuterium-protiumuitwisseling met deuteriumgas (deuterium 2 ; D 2 ) wordt gebruikt bij de productie van siliciumhalfgeleiders en microchips, die vaak worden gebruikt in printplaten. Deuterium-uitgloeien wordt gebruikt om protiumatomen te vervangen door deuterium om chemische corrosie van chipcircuits en schadelijke effecten van hete dragers te voorkomen.

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

Deuteratie van organische lichtgevende diodes (OLED's)

OLED, een afkorting voor Organic Light Emitting Diode, is een dunnefilmcomponent die is samengesteld uit organische halfgeleidermaterialen. OLED's hebben een lagere stroomdichtheid en helderheid dan traditionele light emitting diodes (leds). Hoewel OLED's goedkoper te produceren zijn dan conventionele leds, 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. Deuterium versterkt namelijk de chemische bindingen in de organische halfgeleidermaterialen die in OLED's worden gebruikt, wat verschillende voordelen met zich meebrengt: chemische degradatie verloopt langzamer, waardoor de levensduur van het apparaat wordt verlengd.