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

شهد سوق المواد الكيميائية المُعلَّمة بالنظائر المستقرة ارتفاعًا كبيرًا في الأسعار تجاوز 200% خلال العام الماضي. ويتجلى هذا الاتجاه بشكل خاص في أسعار المواد الكيميائية الأساسية المُعلَّمة بالنظائر المستقرة، مثل ثاني أكسيد الكربون-13 وأكسيد النيتروز، والتي بدأت بالارتفاع في النصف الأول من عام 2022. بالإضافة إلى ذلك، سُجِّلت زيادة ملحوظة في الجزيئات الحيوية المُعلَّمة بالنظائر المستقرة، مثل الجلوكوز أو الأحماض الأمينية، وهي مكونات مهمة في أوساط زراعة الخلايا.

زيادة الطلب وانخفاض العرض يؤديان إلى ارتفاع الأسعار

ما هو بالضبط التأثير الكبير على عرض الديوتيريوم والطلب عليه خلال العام الماضي؟ تُسهم التطبيقات الجديدة للمواد الكيميائية المُصنّفة بالديوتيريوم في زيادة الطلب عليه.

ديوتيريوم المكونات الصيدلانية الفعالة (APIs)

لذرات الديوتيريوم (D، الديوتيريوم) تأثير مثبط على معدل استقلاب الأدوية في جسم الإنسان. وقد ثبت أنه مكون آمن في الأدوية العلاجية. ونظرًا لتشابه الخصائص الكيميائية للديوتيريوم والبروتيوم، يمكن استخدام الديوتيريوم كبديل للبروتيوم في بعض الأدوية.

لن يتأثر التأثير العلاجي للدواء بشكل كبير بإضافة الديوتيريوم. وقد أظهرت دراسات الاستقلاب أن الأدوية المحتوية على الديوتيريوم تحتفظ عمومًا بكامل فعاليتها وفعاليتها. ومع ذلك، فإن استقلابها يكون أبطأ، مما يؤدي غالبًا إلى تأثيرات أطول أمدًا، وجرعات أصغر أو أقل، وآثار جانبية أقل.

كيف يُبطئ الديوتيريوم أيض الدواء؟ يمتلك الديوتيريوم قدرةً على تكوين روابط كيميائية أقوى داخل جزيئات الدواء مقارنةً بالبروتيوم. وبما أن أيض الأدوية غالبًا ما ينطوي على كسر هذه الروابط، فإن الروابط الأقوى تعني أيضًا أبطأ للدواء.

يتم استخدام أكسيد الديوتيريوم كمادة أولية لتوليد العديد من المركبات الموسومة بالديوتيريوم، بما في ذلك المكونات الصيدلانية النشطة المديوتيريوم.

كابل الألياف الضوئية المديوتيريوم

في المرحلة النهائية من تصنيع الألياف الضوئية، تُعالَج 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 البروتيوم الموجود في كابلات الألياف الضوئية. يُقلل هذا الاستبدال من معدل التفاعل ويمنع تدهور نفاذية الضوء، مما يُطيل عمر الكابل.

ديوتيريوم أشباه الموصلات السيليكونية والرقائق الدقيقة

تُستخدم عملية تبادل الديوتيريوم والبروتيوم مع غاز الديوتيريوم (الديوتيريوم 2؛ D2) في إنتاج أشباه موصلات السيليكون والرقائق الدقيقة، والتي تُستخدم غالبًا في لوحات الدوائر الإلكترونية. يُستخدم التلدين بالديوتيريوم لاستبدال ذرات البروتيوم بالديوتيريوم لمنع التآكل الكيميائي لدوائر الرقائق الإلكترونية والآثار الضارة لتأثيرات الناقل الساخن.

ومن خلال تنفيذ هذه العملية، يمكن تمديد دورة حياة أشباه الموصلات والرقائق الدقيقة وتحسينها بشكل كبير، مما يسمح بتصنيع رقائق أصغر حجماً وأعلى كثافة.

ديوتيريوم الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLEDs)

OLED، اختصار لعبارة "الصمام الثنائي الباعث للضوء العضوي"، هو جهاز غشائي رقيق مصنوع من مواد شبه موصلة عضوية. تتميز شاشات OLED بكثافة تيار وسطوع أقل مقارنةً بالثنائيات الباعثة للضوء التقليدية (LED). ورغم أن إنتاج OLED أقل تكلفة من LED، إلا أن سطوعها وعمرها الافتراضي أقل.

لتحقيق تحسينات جذرية في تقنية OLED، وُجد أن استبدال البروتيوم بالديوتيريوم نهج واعد. ويرجع ذلك إلى أن الديوتيريوم يُقوي الروابط الكيميائية في المواد شبه الموصلة العضوية المستخدمة في OLEDs، مما يُحقق العديد من المزايا: تباطؤ معدل التحلل الكيميائي، مما يُطيل عمر الجهاز.