Deuterium là một đồng vị bền của hydro. Đồng vị này có các tính chất hơi khác so với đồng vị tự nhiên phổ biến nhất của nó (protium), và có giá trị trong nhiều lĩnh vực khoa học, bao gồm quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân và khối phổ định lượng. Nó được sử dụng để nghiên cứu nhiều chủ đề khác nhau, từ nghiên cứu môi trường đến chẩn đoán bệnh.

Thị trường hóa chất được đánh dấu bằng đồng vị bền đã chứng kiến ​​mức tăng giá đáng kể hơn 200% trong năm qua. Xu hướng này đặc biệt rõ rệt ở giá của các hóa chất cơ bản được đánh dấu bằng đồng vị bền như 13CO2 và D2O, vốn bắt đầu tăng vào nửa đầu năm 2022. Ngoài ra, giá các phân tử sinh học được đánh dấu bằng đồng vị bền như glucose hoặc axit amin, vốn là những thành phần quan trọng của môi trường nuôi cấy tế bào, cũng tăng đáng kể.

Cầu tăng và cung giảm dẫn đến giá cao hơn

Chính xác thì điều gì đã tác động đáng kể đến cung và cầu deuterium trong năm qua? Các ứng dụng mới của hóa chất gắn nhãn deuterium đang tạo ra nhu cầu ngày càng tăng đối với deuterium.

Đơteri hóa các thành phần dược phẩm hoạt tính (API)

Nguyên tử deuterium (D, deuterium) có tác dụng ức chế tốc độ chuyển hóa thuốc trong cơ thể người. Nó đã được chứng minh là một thành phần an toàn trong các loại thuốc điều trị. Do tính chất hóa học tương tự của deuterium và protium, deuterium có thể được sử dụng thay thế cho protium trong một số loại thuốc.

Hiệu quả điều trị của thuốc sẽ không bị ảnh hưởng đáng kể bởi việc bổ sung deuterium. Các nghiên cứu về chuyển hóa đã chỉ ra rằng thuốc chứa deuterium thường duy trì được hiệu lực và tác dụng đầy đủ. Tuy nhiên, thuốc chứa deuterium được chuyển hóa chậm hơn, thường dẫn đến tác dụng kéo dài hơn, liều lượng nhỏ hơn hoặc ít hơn, và ít tác dụng phụ hơn.

Deuterium có tác dụng làm chậm quá trình chuyển hóa thuốc như thế nào? Deuterium có khả năng hình thành các liên kết hóa học mạnh hơn trong các phân tử thuốc so với protium. Do quá trình chuyển hóa thuốc thường liên quan đến việc phá vỡ các liên kết này, nên liên kết mạnh hơn đồng nghĩa với việc chuyển hóa thuốc chậm hơn.

Oxit đơteri được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào để tạo ra nhiều hợp chất gắn nhãn đơteri, bao gồm các thành phần dược phẩm hoạt tính có đơteri.

Cáp quang đơteri hóa

Ở giai đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất sợi quang, cáp quang được xử lý bằng khí deuterium. Một số loại sợi quang dễ bị suy giảm hiệu suất quang học, một hiện tượng gây ra bởi phản ứng hóa học với các nguyên tử nằm trong hoặc xung quanh cáp.

Để khắc phục vấn đề này, deuterium được sử dụng để thay thế một phần protium có trong cáp quang. Sự thay thế này làm giảm tốc độ phản ứng và ngăn ngừa sự suy giảm khả năng truyền dẫn ánh sáng, từ đó kéo dài tuổi thọ của cáp.

Đơteri hóa chất bán dẫn silicon và vi mạch

Quá trình trao đổi deuterium-protium với khí deuterium (deuterium 2; D2) được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn silicon và vi mạch, thường được sử dụng trong các bảng mạch. Ủ deuterium được sử dụng để thay thế các nguyên tử protium bằng deuterium nhằm ngăn ngừa sự ăn mòn hóa học của mạch chip và tác hại của hiệu ứng hạt tải nóng.

Bằng cách thực hiện quy trình này, vòng đời của chất bán dẫn và vi mạch có thể được kéo dài và cải thiện đáng kể, cho phép sản xuất các loại chip nhỏ hơn và có mật độ cao hơn.

Đơteri hóa điốt phát quang hữu cơ (OLED)

OLED, viết tắt của Organic Light Emitting Diode (Điốt phát quang hữu cơ), là một thiết bị màng mỏng được cấu tạo từ vật liệu bán dẫn hữu cơ. OLED có mật độ dòng điện và độ sáng thấp hơn so với điốt phát quang (LED) truyền thống. Mặc dù chi phí sản xuất OLED thấp hơn so với LED thông thường, nhưng độ sáng và tuổi thọ của chúng không cao bằng.

Để đạt được những cải tiến đột phá trong công nghệ OLED, việc thay thế protium bằng deuterium được cho là một hướng tiếp cận đầy hứa hẹn. Lý do là vì deuterium tăng cường liên kết hóa học trong vật liệu bán dẫn hữu cơ được sử dụng trong OLED, mang lại một số lợi thế: Quá trình phân hủy hóa học diễn ra chậm hơn, giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị.