الديوتيريوم نظير مستقر للهيدروجين. يتميز هذا النظير بخصائص مختلفة قليلاً عن نظيره الطبيعي الأكثر وفرة (البروتيوم)، وهو ذو قيمة في العديد من التخصصات العلمية، بما في ذلك مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ومطيافية الكتلة الكمية. ويُستخدم لدراسة مواضيع متنوعة، من الدراسات البيئية إلى تشخيص الأمراض.

شهد سوق المواد الكيميائية الموسومة بالنظائر المستقرة ارتفاعًا كبيرًا في الأسعار تجاوز 200% خلال العام الماضي. ويتجلى هذا الاتجاه بوضوح في أسعار المواد الكيميائية الأساسية الموسومة بالنظائر المستقرة، مثل 13CO2 وD2O، والتي بدأت بالارتفاع في النصف الأول من عام 2022. إضافةً إلى ذلك، شهدت أسعار الجزيئات الحيوية الموسومة بالنظائر المستقرة، مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية، والتي تُعدّ مكونات أساسية في أوساط زراعة الخلايا، زيادة ملحوظة.

يؤدي ازدياد الطلب وانخفاض العرض إلى ارتفاع الأسعار

ما الذي كان له تحديداً هذا التأثير الكبير على العرض والطلب على الديوتيريوم خلال العام الماضي؟ إن التطبيقات الجديدة للمواد الكيميائية الموسومة بالديوتيريوم تخلق طلباً متزايداً على الديوتيريوم.

استبدال المكونات الصيدلانية الفعالة بالديوتيريوم (APIs)

تُثبّط ذرات الديوتيريوم (D) معدل استقلاب الأدوية في جسم الإنسان، وقد ثبت أنها مكون آمن في الأدوية العلاجية. ونظرًا لتشابه الخصائص الكيميائية للديوتيريوم والبروتيوم، يُمكن استخدام الديوتيريوم كبديل للبروتيوم في بعض الأدوية.

لن يتأثر التأثير العلاجي للدواء بشكل ملحوظ بإضافة الديوتيريوم. وقد أظهرت دراسات الأيض أن الأدوية المحتوية على الديوتيريوم تحتفظ عمومًا بكامل فعاليتها وقوتها. ومع ذلك، يتم استقلاب هذه الأدوية ببطء أكبر، مما يؤدي غالبًا إلى تأثيرات تدوم لفترة أطول، وجرعات أقل أو أقل، وآثار جانبية أقل.

كيف يؤثر الديوتيريوم على إبطاء استقلاب الأدوية؟ يتميز الديوتيريوم بقدرته على تكوين روابط كيميائية أقوى داخل جزيئات الدواء مقارنةً بالبروتيوم. وبما أن استقلاب الأدوية غالباً ما يتضمن كسر هذه الروابط، فإن الروابط الأقوى تعني استقلاباً أبطأ للدواء.

يستخدم أكسيد الديوتيريوم كمادة أولية لتوليد مركبات مختلفة موسومة بالديوتيريوم، بما في ذلك المكونات الصيدلانية النشطة الموسومة بالديوتيريوم.

كابل ألياف ضوئية معالج بالديوتيريوم

في المرحلة النهائية من تصنيع الألياف الضوئية، تُعالج كابلات الألياف الضوئية بغاز الديوتيريوم. بعض أنواع الألياف الضوئية عرضة لتدهور أدائها البصري، وهي ظاهرة ناتجة عن تفاعلات كيميائية مع الذرات الموجودة داخل الكابل أو حوله.

للتخفيف من هذه المشكلة، يُستخدم الديوتيريوم لاستبدال جزء من البروتون الموجود في كابلات الألياف الضوئية. يقلل هذا الاستبدال من معدل التفاعل ويمنع تدهور نقل الضوء، مما يؤدي في النهاية إلى إطالة عمر الكابل.

دَوتَرة أشباه الموصلات السيليكونية والرقائق الدقيقة

تُستخدم عملية تبادل الديوتيريوم والبروتيوم باستخدام غاز الديوتيريوم (الديوتيريوم 2؛ D2) في إنتاج أشباه موصلات السيليكون والرقائق الدقيقة، والتي تُستخدم غالبًا في لوحات الدوائر الإلكترونية. وتُستخدم عملية التلدين بالديوتيريوم لاستبدال ذرات البروتون بالديوتيريوم لمنع التآكل الكيميائي لدوائر الرقائق الإلكترونية والآثار الضارة لتأثيرات حاملات الشحنة الساخنة.

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

استبدال الديوتيريوم في الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLEDs)

OLED، اختصار لـ Organic Light Emitting Diode (الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء)، هو جهاز رقيق يتكون من مواد أشباه موصلات عضوية. تتميز مصابيح OLED بكثافة تيار وسطوع أقل مقارنةً بالصمامات الثنائية الباعثة للضوء التقليدية (LED). ورغم أن تكلفة إنتاج مصابيح OLED أقل من تكلفة إنتاج مصابيح LED التقليدية، إلا أن سطوعها وعمرها الافتراضي أقل.

لتحقيق تحسينات جذرية في تقنية OLED، وُجد أن استبدال البروتون بالديوتيريوم نهج واعد. ويعود ذلك إلى أن الديوتيريوم يُقوّي الروابط الكيميائية في مواد أشباه الموصلات العضوية المستخدمة في OLED، مما يُحقق العديد من المزايا: تباطؤ التحلل الكيميائي، وبالتالي إطالة عمر الجهاز.