Deuterium ist ein stabiles Wasserstoffisotop. Dieses Isotop weist leicht unterschiedliche Eigenschaften auf als sein häufigstes natürliches Isotop (Protium) und ist in vielen wissenschaftlichen Disziplinen von Nutzen, darunter in der Kernspinresonanzspektroskopie und der quantitativen Massenspektrometrie. Es wird für die Erforschung einer Vielzahl von Themen eingesetzt, von Umweltstudien bis hin zur Krankheitsdiagnostik.

Der Markt für stabil isotopenmarkierte Chemikalien hat im vergangenen Jahr einen dramatischen Preisanstieg von über 200 % erlebt. Besonders ausgeprägt ist dieser Trend bei den Preisen für basische stabil isotopenmarkierte Chemikalien wie 13CO2 und D2O, die ab der ersten Jahreshälfte 2022 zu steigen beginnen. Darüber hinaus ist ein deutlicher Anstieg bei stabil isotopenmarkierten Biomolekülen wie Glukose oder Aminosäuren zu verzeichnen, die wichtige Bestandteile von Zellkulturmedien sind.

Erhöhte Nachfrage und reduziertes Angebot führen zu höheren Preisen

Was genau hatte im vergangenen Jahr einen so großen Einfluss auf Angebot und Nachfrage nach Deuterium? Neue Anwendungen deuteriummarkierter Chemikalien sorgen für eine steigende Nachfrage nach Deuterium.

Deuterierung pharmazeutischer Wirkstoffe (APIs)

Deuteriumatome (D, Deuterium) wirken hemmend auf den Arzneimittelstoffwechsel im menschlichen Körper. 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 Wirksamkeit behalten. Deuteriumhaltige Arzneimittel werden jedoch langsamer verstoffwechselt, was häufig zu länger anhaltenden Wirkungen, geringeren oder niedrigeren Dosen und weniger Nebenwirkungen führt.

Wie wirkt sich Deuterium auf den Arzneimittelstoffwechsel aus? Deuterium kann im Vergleich zu Protium stärkere chemische Bindungen innerhalb von Arzneimittelmolekülen bilden. Da der Stoffwechsel von Arzneimitteln häufig mit dem Aufbrechen solcher Bindungen einhergeht, bedeuten stärkere Bindungen einen langsameren Arzneimittelstoffwechsel.

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

Deuteriertes Glasfaserkabel

Im letzten Schritt der Glasfaserherstellung werden Glasfaserkabel mit Deuteriumgas behandelt. Bei bestimmten Glasfasertypen kann es zu einer Verschlechterung der optischen Leistung kommen. Dieses Phänomen wird durch chemische Reaktionen mit Atomen im oder um das Kabel herum verursacht.

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 Lichtübertragung, 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 verwendet, die häufig in Leiterplatten verwendet werden. Durch Deuteriumglühen werden Protiumatome durch Deuterium ersetzt, um die chemische Korrosion von Chipschaltungen und die schädlichen Auswirkungen heißer Ladungsträgereffekte zu verhindern.

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

Deuterierung organischer Leuchtdioden (OLEDs)

OLED, die Abkürzung für Organic Light Emitting Diode, ist ein Dünnschichtbauelement aus organischen Halbleitermaterialien. OLEDs weisen im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtdioden (LEDs) eine geringere Stromdichte und Helligkeit auf. Zwar sind OLEDs in der Herstellung günstiger als herkömmliche LEDs, ihre Helligkeit und Lebensdauer sind jedoch 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 erfolgt langsamer, was die Lebensdauer des Geräts verlängert.