ดิวเทเรียมเป็นไอโซโทปเสถียรของไฮโดรเจน ไอโซโทปนี้มีคุณสมบัติแตกต่างจากไอโซโทปที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ (โปรเทียม) เล็กน้อย และมีคุณค่าในสาขาวิทยาศาสตร์หลายแขนง รวมถึงสเปกโทรสโกปีเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์และสเปกโทรเมตรีมวลเชิงปริมาณ ใช้ในการศึกษาหัวข้อต่างๆ ตั้งแต่การศึกษาสิ่งแวดล้อมไปจนถึงการวินิจฉัยโรค

ตลาดสารเคมีที่มีการติดฉลากด้วยไอโซโทปเสถียรได้เห็นการเพิ่มขึ้นของราคาอย่างมากกว่า 200% ในช่วงปีที่ผ่านมา แนวโน้มนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในราคาของสารเคมีพื้นฐานที่มีการติดฉลากด้วยไอโซโทปเสถียร เช่น 13CO2 และ D2O ซึ่งเริ่มสูงขึ้นในช่วงครึ่งแรกของปี 2022 นอกจากนี้ ยังมีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของโมเลกุลชีวภาพที่มีการติดฉลากด้วยไอโซโทปเสถียร เช่น กลูโคสหรือกรดอะมิโน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอาหารเลี้ยงเซลล์

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นและอุปทานที่ลดลงส่งผลให้ราคาสูงขึ้น

อะไรกันแน่ที่ส่งผลกระทบอย่างมากต่ออุปทานและอุปสงค์ของดิวเทอเรียมในช่วงปีที่ผ่านมา? การประยุกต์ใช้สารเคมีที่ติดฉลากด้วยดิวเทอเรียมในรูปแบบใหม่ๆ กำลังสร้างความต้องการดิวเทอเรียมที่เพิ่มสูงขึ้น

การเติมดิวเทอเรียมลงในสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (APIs)

อะตอมของดิวเทอเรียม (D, ดิวเทอเรียม) มีฤทธิ์ยับยั้งอัตราการเผาผลาญยาในร่างกายมนุษย์ และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นส่วนประกอบที่ปลอดภัยในยารักษาโรค เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของดิวเทอเรียมและโปรเทียมคล้ายคลึงกัน ดิวเทอเรียมจึงสามารถใช้แทนโปรเทียมในยาบางชนิดได้

ประสิทธิภาพในการรักษาของยาจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญจากการเติมดิวเทอเรียม การศึกษาด้านเมตาบอลิซึมแสดงให้เห็นว่ายาที่มีดิวเทอเรียมโดยทั่วไปยังคงมีฤทธิ์และประสิทธิภาพเต็มที่ อย่างไรก็ตาม ยาที่มีดิวเทอเรียมจะถูกเผาผลาญช้าลง ซึ่งมักส่งผลให้มีผลยาวนานขึ้น ใช้ขนาดยาน้อยลงหรือน้อยลง และมีผลข้างเคียงน้อยลง

ดิวเทอเรียมมีผลทำให้กระบวนการเผาผลาญยาช้าลงได้อย่างไร? ดิวเทอเรียมสามารถสร้างพันธะเคมีที่แข็งแรงกว่าภายในโมเลกุลของยาได้เมื่อเทียบกับโปรเทียม เนื่องจากกระบวนการเผาผลาญยามักเกี่ยวข้องกับการทำลายพันธะเหล่านั้น พันธะที่แข็งแรงกว่าจึงหมายถึงการเผาผลาญยาที่ช้าลง

ดิวเทอเรียมออกไซด์ใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการสร้างสารประกอบที่มีการติดฉลากด้วยดิวเทอเรียมหลายชนิด รวมถึงสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรมที่มีดิวเทอเรียมเป็นองค์ประกอบ

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงดิวเทอเรต

ในขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสง สายเคเบิลจะได้รับการบำบัดด้วยก๊าซดิวเทอเรียม ใยแก้วนำแสงบางชนิดมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพประสิทธิภาพทางแสง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีกับอะตอมที่อยู่ภายในหรือรอบๆ สายเคเบิล

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงมีการใช้ดิวเทอเรียมเข้ามาแทนที่โปรเทียมบางส่วนที่มีอยู่ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง การแทนที่นี้ช่วยลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาและป้องกันการเสื่อมสภาพของการส่งผ่านแสง ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของสายเคเบิลได้ในที่สุด

การเติมดิวเทอเรียมในสารกึ่งตัวนำซิลิคอนและไมโครชิป

กระบวนการแลกเปลี่ยนดิวเทอเรียม-โปรเทียมด้วยก๊าซดิวเทอเรียม (ดิวเทอเรียม 2; D 2) ถูกนำมาใช้ในการผลิตสารกึ่งตัวนำซิลิคอนและไมโครชิป ซึ่งมักใช้ในแผงวงจร การอบด้วยดิวเทอเรียมใช้เพื่อแทนที่อะตอมของโปรเทียมด้วยดิวเทอเรียมเพื่อป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีของวงจรชิปและผลกระทบที่เป็นอันตรายจากปรากฏการณ์ฮอตแคริเออร์

ด้วยการนำกระบวนการนี้ไปใช้ อายุการใช้งานของเซมิคอนดักเตอร์และไมโครชิปจะยาวนานขึ้นและดีขึ้นอย่างมาก ทำให้สามารถผลิตชิปที่มีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นสูงขึ้นได้

การเติมดิวเทอเรียมในไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED)

OLED ซึ่งเป็นคำย่อของ Organic Light Emitting Diode คืออุปกรณ์ฟิล์มบางที่ประกอบด้วยวัสดุสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ OLED มีความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าและความสว่างต่ำกว่าไดโอดเปล่งแสงแบบดั้งเดิม (LED) ในขณะที่ OLED มีต้นทุนการผลิตต่ำกว่า LED ทั่วไป แต่ความสว่างและอายุการใช้งานก็ไม่สูงเท่า

เพื่อให้ได้มาซึ่งการพัฒนาที่ก้าวล้ำในเทคโนโลยี OLED การแทนที่โปรเทียมด้วยดิวเทอเรียมได้รับการพิจารณาว่าเป็นแนวทางที่มีศักยภาพ เนื่องจากดิวเทอเรียมช่วยเสริมความแข็งแรงของพันธะเคมีในวัสดุสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ที่ใช้ใน OLED ซึ่งนำมาซึ่งข้อดีหลายประการ เช่น การเสื่อมสภาพทางเคมีเกิดขึ้นช้าลง ทำให้ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้