Deuterium ist ein stabiles Isotop des Wasserstoffs. Es weist leicht abweichende Eigenschaften im Vergleich zu seinem häufigsten natürlichen Isotop (Protium) auf und ist in vielen wissenschaftlichen Disziplinen von großem Wert, darunter die Kernspinresonanzspektroskopie und die quantitative Massenspektrometrie. Es wird zur Untersuchung verschiedenster Themen eingesetzt, von Umweltstudien bis hin zur Krankheitsdiagnostik.

Der Markt für stabilisotopenmarkierte Chemikalien verzeichnete im vergangenen Jahr einen drastischen Preisanstieg von über 200 %. Dieser Trend ist besonders ausgeprägt bei den Preisen für grundlegende stabilisotopenmarkierte Chemikalien wie 13CO2 und D2O, deren Preise ab dem ersten Halbjahr 2022 steigen. Darüber hinaus ist ein signifikanter Anstieg bei stabilisotopenmarkierten Biomolekülen wie Glucose oder Aminosäuren zu verzeichnen, die wichtige Bestandteile von Zellkulturmedien sind.

Steigende Nachfrage und verringertes Angebot führen zu höheren Preisen

Was genau hat Angebot und Nachfrage nach Deuterium im vergangenen Jahr so ​​stark beeinflusst? Neue Anwendungen von mit Deuterium markierten Chemikalien führen zu einer steigenden Nachfrage nach Deuterium.

Deuterierung von pharmazeutischen Wirkstoffen (APIs)

Deuteriumatome (D, Deuterium) hemmen den Arzneimittelstoffwechsel im menschlichen Körper. Es hat sich als sicherer Bestandteil von Arzneimitteln erwiesen. Aufgrund der ähnlichen chemischen Eigenschaften von Deuterium und Protium kann Deuterium in einigen Medikamenten als Protiumersatz verwendet werden.

Die therapeutische Wirkung des Arzneimittels wird durch die Zugabe von Deuterium nicht wesentlich beeinträchtigt. Stoffwechselstudien haben gezeigt, dass deuteriumhaltige Arzneimittel im Allgemeinen ihre volle Wirksamkeit beibehalten. Sie werden jedoch langsamer verstoffwechselt, was häufig zu länger anhaltenden Wirkungen, geringeren oder niedrigeren Dosierungen und weniger Nebenwirkungen führt.

Wie wirkt sich Deuterium verlangsamend auf den Arzneimittelstoffwechsel aus? Deuterium kann im Vergleich zu Protium stärkere chemische Bindungen innerhalb von Arzneimittelmolekülen ausbilden. Da der Arzneimittelstoffwechsel häufig das Aufbrechen solcher Bindungen beinhaltet, führen stärkere Bindungen zu einem langsameren Arzneimittelstoffwechsel.

Deuteriumoxid wird als Ausgangsmaterial für die Herstellung verschiedener deuterierter Verbindungen verwendet, darunter auch deuterierte pharmazeutische Wirkstoffe.

Deuteriertes Glasfaserkabel

Im letzten Schritt der Glasfaserherstellung werden die Glasfaserkabel mit Deuteriumgas behandelt. Bestimmte Glasfasertypen neigen zu einer Verschlechterung ihrer optischen Eigenschaften, ein Phänomen, das durch chemische Reaktionen mit Atomen im oder um das Kabel herum verursacht wird.

Um dieses Problem zu beheben, wird Deuterium verwendet, um einen Teil des in den Glasfaserkabeln vorhandenen Protiums zu ersetzen. Dieser Austausch verringert die Reaktionsgeschwindigkeit und verhindert eine Verschlechterung der Lichtübertragung, wodurch letztendlich die Lebensdauer des Kabels verlängert wird.

Deuterierung von Silizium-Halbleitern und Mikrochips

Der Deuterium-Protium-Austausch mit Deuteriumgas (Deuterium₂; D₂) wird bei der Herstellung von Silizium-Halbleitern und Mikrochips eingesetzt, die häufig in Leiterplatten Verwendung finden. Durch Deuteriumglühen werden Protiumatome durch Deuterium ersetzt, um die chemische Korrosion der Chip-Schaltungen und schädliche Auswirkungen von Heißladungsträgereffekten zu verhindern.

Durch die Umsetzung dieses Verfahrens kann der Lebenszyklus von Halbleitern und Mikrochips deutlich verlängert und verbessert werden, was die Herstellung kleinerer und dichterer Chips ermöglicht.

Deuterierung von organischen Leuchtdioden (OLEDs)

OLED (Organische Leuchtdiode) ist ein Dünnschichtbauelement aus organischen Halbleitermaterialien. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtdioden (LEDs) weisen OLEDs eine geringere Stromdichte und Helligkeit auf. Obwohl OLEDs in der Herstellung kostengünstiger sind als herkömmliche LEDs, sind ihre Helligkeit und Lebensdauer geringer.

Um bahnbrechende Verbesserungen in der OLED-Technologie zu erzielen, hat sich der Ersatz von Protium durch Deuterium als vielversprechender Ansatz erwiesen. Denn Deuterium stärkt die chemischen Bindungen in den in OLEDs verwendeten organischen Halbleitermaterialien, was mehrere Vorteile mit sich bringt: Der chemische Abbau verläuft langsamer, wodurch die Lebensdauer des Bauelements verlängert wird.