重水素は水素の安定同位体です。この同位体は、最も豊富な天然同位体（プロチウム）とはわずかに異なる特性を持ち、核磁気共鳴分光法や定量質量分析法など、多くの科学分野で貴重な存在です。環境研究から疾患診断まで、様々な研究分野に利用されています。

安定同位体標識化学物質市場は、過去1年間で200%を超える劇的な価格上昇を経験しました。この傾向は特に、13CO2やD2Oといった塩基性安定同位体標識化学物質において顕著で、2022年上半期から価格が上昇し始めています。さらに、細胞培養培地の重要な成分であるグルコースやアミノ酸などの安定同位体標識生体分子の価格も大幅に上昇しました。

需要の増加と供給の減少は価格の上昇につながる

一体何がこの1年間で重水素の需給にこれほど大きな影響を与えたのでしょうか？重水素標識化学物質の新たな用途が、重水素の需要増加を生み出しています。

医薬品有効成分（API）の重水素化

重水素（D、デューテリウム）原子は、人体における薬物代謝速度を阻害する作用を有します。治療薬において安全な成分であることが示されています。重水素とプロチウムの化学的性質が類似していることから、一部の医薬品ではプロチウムの代替として重水素が使用されることがあります。

重水素を添加しても、薬剤の治療効果に大きな影響はありません。代謝研究では、重水素含有薬剤は一般的に完全な効力と効力を維持することが示されています。しかし、重水素含有薬剤は代謝が遅いため、効果の持続時間が長く、投与量が少なくなり、副作用も少なくなる傾向があります。

重水素はどのようにして薬物代謝を遅らせるのでしょうか？重水素は、プロチウムと比較して薬物分子内でより強い化学結合を形成する能力があります。薬物の代謝にはしばしばこのような結合の切断が伴うことを考えると、結合が強いほど薬物代謝は遅くなります。

重水素酸化物は、重水素化された医薬品有効成分を含む、さまざまな重水素標識化合物を生成するための出発物質として使用されます。

重水素化光ファイバーケーブル

光ファイバー製造の最終段階では、光ファイバーケーブルは重水素ガスで処理されます。一部の光ファイバーは、ケーブル内または周囲の原子との化学反応によって引き起こされる現象で、光学性能の劣化の影響を受けやすい傾向があります。

この問題を緩和するために、光ファイバーケーブルに含まれる陽子（プロチウム）の一部を重水素で置換します。この置換により反応速度が低下し、光伝送の劣化が防止され、最終的にケーブルの寿命が延びます。

シリコン半導体およびマイクロチップの重水素化

重水素ガス（重水素2；D2）を用いた重水素-プロチウム交換プロセスは、回路基板によく使用されるシリコン半導体やマイクロチップの製造に用いられます。重水素アニールは、プロチウム原子を重水素に置換することで、チップ回路の化学腐食やホットキャリア効果による有害な影響を防ぐために使用されます。

このプロセスを実装することで、半導体およびマイクロチップのライフサイクルを大幅に延長および改善することができ、より小型で高密度のチップの製造が可能になります。

有機発光ダイオード（OLED）の重水素化

OLED（Organic Light Emitting Diode、有機発光ダイオード）は、有機半導体材料で構成された薄膜デバイスです。OLEDは従来の発光ダイオード（LED）に比べて電流密度と輝度が低く、製造コストは従来のLEDよりも安価ですが、輝度と寿命はLEDほど長くありません。

OLED技術に画期的な進歩をもたらすため、重水素による陽子（プロチウム）の置換が有望なアプローチであることが分かりました。これは、重水素がOLEDに使用される有機半導体材料の化学結合を強化するためであり、いくつかの利点があります。例えば、化学劣化の速度が遅くなり、デバイスの寿命が延びます。