الديوتيريوم هو نظير مستقر للهيدروجين. يمتلك هذا النظير خصائص مختلفة قليلًا عن نظائره الطبيعي الأكثر وفرة (البروتيوم)، وله قيمة في العديد من التخصصات العلمية، بما في ذلك التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ومطياف الكتلة الكمي. يتم استخدامه لدراسة مجموعة متنوعة من المواضيع، من الدراسات البيئية إلى تشخيص الأمراض.

وقد شهد سوق المواد الكيميائية التي تحمل علامات النظائر المستقرة زيادة كبيرة في الأسعار بنسبة تزيد على 200% خلال العام الماضي. ويتجلى هذا الاتجاه بشكل خاص في أسعار المواد الكيميائية الأساسية التي تحمل علامة النظائر المستقرة مثل 13CO2 وD2O، والتي تبدأ في الارتفاع في النصف الأول من عام 2022. بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك زيادة كبيرة في الجزيئات الحيوية التي تحمل علامة النظائر المستقرة مثل الجلوكوز. أو الأحماض الأمينية التي تعتبر مكونات مهمة في وسائط زراعة الخلايا.

زيادة الطلب وانخفاض العرض يؤدي إلى ارتفاع الأسعار

ما الذي كان له هذا التأثير الكبير على العرض والطلب على الديوتيريوم خلال العام الماضي؟ تؤدي التطبيقات الجديدة للمواد الكيميائية الموسومة بالديوتيريوم إلى خلق طلب متزايد على الديوتيريوم.

إزالة المواد الصيدلانية الفعالة (APIs)

ذرات الديوتيريوم (D، الديوتيريوم) لها تأثير مثبط على معدل استقلاب الدواء في جسم الإنسان. وقد ثبت أنه عنصر آمن في الأدوية العلاجية. ونظرا للخصائص الكيميائية المتشابهة للديوتيريوم والبروتينيوم، يمكن استخدام الديوتيريوم كبديل للبروتيوم في بعض الأدوية.

لن يتأثر التأثير العلاجي للدواء بشكل كبير بإضافة الديوتيريوم. أظهرت دراسات التمثيل الغذائي أن الأدوية المحتوية على الديوتيريوم تحتفظ بشكل عام بالفاعلية الكاملة والفعالية. ومع ذلك، يتم استقلاب الأدوية المحتوية على الديوتيريوم بشكل أبطأ، مما يؤدي غالبًا إلى تأثيرات طويلة الأمد، وجرعات أصغر أو أقل، وآثار جانبية أقل.

كيف يكون للديوتيريوم تأثير مبطئ على استقلاب الدواء؟ الديوتيريوم قادر على تكوين روابط كيميائية أقوى داخل جزيئات الدواء مقارنة بالبروتيوم. ونظرًا لأن استقلاب الأدوية غالبًا ما يتضمن كسر هذه الروابط، فإن الروابط الأقوى تعني استقلابًا دوائيًا أبطأ.

يستخدم أكسيد الديوتيريوم كمادة أولية لتوليد مركبات مختلفة تحمل علامة الديوتيريوم، بما في ذلك المكونات الصيدلانية النشطة المخففة.

كابل الألياف الضوئية المخفف

في المرحلة النهائية من تصنيع الألياف الضوئية، تتم معالجة كابلات الألياف الضوئية بغاز الديوتيريوم. تكون أنواع معينة من الألياف الضوئية عرضة لتدهور أدائها البصري، وهي ظاهرة ناجمة عن التفاعلات الكيميائية مع الذرات الموجودة داخل الكابل أو حوله.

للتخفيف من هذه المشكلة، يتم استخدام الديوتيريوم ليحل محل بعض البروتيوم الموجود في كابلات الألياف الضوئية. يقلل هذا الاستبدال من معدل التفاعل ويمنع تدهور انتقال الضوء، مما يؤدي في النهاية إلى إطالة عمر الكابل.

Deuteration من أشباه الموصلات السيليكون والرقائق الدقيقة

تُستخدم عملية تبادل الديوتيريوم-البروتين مع غاز الديوتيريوم (الديوتيريوم 2؛ د 2) في إنتاج أشباه الموصلات السيليكونية والرقائق الدقيقة، والتي غالبًا ما تستخدم في لوحات الدوائر. يتم استخدام التلدين بالديوتيريوم لاستبدال ذرات البروتيوم بالديوتيريوم لمنع التآكل الكيميائي لدوائر الرقائق والتأثيرات الضارة لتأثيرات الناقل الساخن.

من خلال تنفيذ هذه العملية، يمكن تمديد وتحسين دورة حياة أشباه الموصلات والرقائق الدقيقة بشكل كبير، مما يسمح بتصنيع رقائق أصغر حجمًا وأعلى كثافة.

إزالة الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLEDs)

OLED، وهو اختصار لـ Organic Light Emitting Diode، عبارة عن جهاز رقيق يتكون من مواد شبه موصلة عضوية. تتميز شاشات OLED بكثافة تيار وسطوع أقل مقارنة بالثنائيات التقليدية الباعثة للضوء (LEDs). في حين أن إنتاج مصابيح OLED أقل تكلفة من مصابيح LED التقليدية، إلا أن سطوعها وعمرها ليسا مرتفعين.

ولتحقيق تحسينات تغير قواعد اللعبة في تكنولوجيا OLED، فقد وجد أن استبدال البروتيوم بالديوتيريوم هو نهج واعد. وذلك لأن الديوتيريوم يقوي الروابط الكيميائية في مواد أشباه الموصلات العضوية المستخدمة في OLEDs، الأمر الذي يجلب العديد من المزايا: يحدث التحلل الكيميائي بمعدل أبطأ، مما يطيل عمر الجهاز.