Deuterium ist ein stabiles Wasserstoffisotop. Dieses Isotop hat leicht andere Eigenschaften als sein am häufigsten vorkommendes natürliches Isotop (Protium) und ist in vielen wissenschaftlichen Disziplinen wertvoll, einschließlich der Kernspinresonanzspektroskopie und der quantitativen Massenspektrometrie. Es wird zur Untersuchung einer Vielzahl von Themen verwendet, von Umweltstudien bis hin zur Krankheitsdiagnose.

Der Markt für mit stabilen Isotopen markierte Chemikalien verzeichnete im vergangenen Jahr einen dramatischen Preisanstieg von mehr als 200 %. Besonders ausgeprägt ist dieser Trend bei den Preisen für mit stabilen Isotopen markierte Grundchemikalien wie 13CO2 und D2O, die im ersten Halbjahr 2022 zu steigen beginnen. Darüber hinaus ist ein deutlicher Anstieg bei mit stabilen Isotopen markierten Biomolekülen wie Glukose zu verzeichnen oder Aminosäuren, die wichtige Bestandteile von Zellkulturmedien sind.

Erhöhte Nachfrage und geringeres Angebot führen zu höheren Preisen

Was genau hatte im vergangenen Jahr einen so großen Einfluss auf Angebot und Nachfrage von Deuterium? Neue Anwendungen deuteriummarkierter Chemikalien führen zu einer wachsenden Nachfrage nach Deuterium.

Deuterierung pharmazeutischer Wirkstoffe (APIs)

Deuterium (D, Deuterium)-Atome haben eine hemmende Wirkung auf die Arzneimittelstoffwechselrate des menschlichen Körpers. Es hat sich als sicherer Bestandteil therapeutischer Arzneimittel erwiesen. Aufgrund der ähnlichen chemischen Eigenschaften von Deuterium und Protium kann Deuterium in einigen Arzneimitteln als Ersatz für Protium 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 und Wirkung behalten. Deuteriumhaltige Arzneimittel werden jedoch langsamer verstoffwechselt, was oft zu länger anhaltenden Wirkungen, kleineren oder geringeren Dosen und weniger Nebenwirkungen führt.

Wie wirkt sich Deuterium verlangsamend auf den Arzneimittelstoffwechsel aus? Deuterium ist im Vergleich zu Protium in der Lage, stärkere chemische Bindungen innerhalb von Arzneimittelmolekülen zu bilden. Da bei der Verstoffwechselung von Arzneimitteln häufig solche Bindungen aufgebrochen werden, bedeuten stärkere Bindungen einen langsameren Arzneimittelstoffwechsel.

Deuteriumoxid wird als Ausgangsmaterial für die Herstellung verschiedener deuteriummarkierter Verbindungen, einschließlich deuterierter pharmazeutischer Wirkstoffe, verwendet.

Deuteriertes Glasfaserkabel

In der letzten Phase der Glasfaserherstellung werden Glasfaserkabel mit Deuteriumgas behandelt. Bei bestimmten Arten von Glasfasern kann es zu einer Verschlechterung ihrer optischen Leistung kommen. Dieses Phänomen wird durch chemische Reaktionen mit Atomen verursacht, die sich im oder um das Kabel befinden.

Um dieses Problem zu lösen, wird Deuterium verwendet, um einen Teil des in den Glasfaserkabeln vorhandenen Protiums zu ersetzen. Dieser Ersatz reduziert die Reaktionsgeschwindigkeit und verhindert eine Verschlechterung der Lichtdurchlässigkeit, was letztendlich die Lebensdauer des Kabels verlängert.

Deuterierung von Siliziumhalbleitern und Mikrochips

Der Prozess des Deuterium-Protium-Austauschs mit Deuteriumgas (Deuterium 2 ; D 2 ) wird bei der Herstellung von Siliziumhalbleitern und Mikrochips eingesetzt, die häufig in Leiterplatten eingesetzt werden. Durch Deuteriumglühen werden Protiumatome durch Deuterium ersetzt, um chemische Korrosion von Chipschaltkreisen und schädliche Auswirkungen von heißen Ladungsträgereffekten zu verhindern.

Durch die Implementierung dieses Prozesses kann der Lebenszyklus von Halbleitern und Mikrochips erheblich verlängert und verbessert werden, was die Herstellung kleinerer Chips mit höherer Dichte ermöglicht.

Deuterierung organischer Leuchtdioden (OLEDs)

OLED, ein Akronym für Organic Light Emitting Diode, ist ein Dünnschichtgerät aus organischen Halbleitermaterialien. OLEDs haben im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtdioden (LEDs) eine geringere Stromdichte und Helligkeit. Obwohl OLEDs kostengünstiger in der Herstellung sind als herkömmliche LEDs, sind ihre Helligkeit und Lebensdauer nicht so hoch.

Um bahnbrechende Verbesserungen in der OLED-Technologie zu erreichen, 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 erfolgt langsamer, was die Lebensdauer des Geräts verlängert.